集成分立器件是指根据需要把无源元件和有源元件集成到单一硅片上，集成的元器件可以是电阻、电容、二极管、晶体管以及电平转换器。集成分立器件为客户提供了许多优势，例如降低元器件数量，减少电路板面积；降低寄生效应，提高性能和系统稳定性；降低成本以及提供同级产品中最好的供应链。

IP4220CZ6是一个只有1pF电容值的高速接口静电保护装置，常用于USB2.0接口中，例如某ATI芯片的主机板上使用4颗芯片。而IP4770CZ16多用于VGA接口中，提供内置的电平转换和缓冲器，使VGA接口电路更加整洁、强健。IP4776CZ38是飞利浦公司专门针对HDMI接口推出的保护芯片，其在线电容值仅为0.7pF，符合最新的HDMI1.3标准。诺基亚在某款手机中使用了15颗保护芯片，主要保护的接口包括USB1.1、MMC卡、SIM卡、电源、键盘以及LCD模块等，部分接口保护还集成了EMI滤波功能。

从图1中可以看出不同的工艺技术发展下产生的芯片，例如USB芯片采用了130nm工艺，而HDMI芯片则用90nm工艺。随着工艺水平的提高，一方面芯片内集成ESD保护的成本变得异常昂贵，另一方面栅极层的减薄使得芯片的ESD能力减弱。因此，在进行系统设计时，设计人员必须考虑在系统级为接口设计外部的抗静电保护，此外，高速接口的低在线电容需求也在呈爆炸式增长。

图1 技术发展与工艺(略)

静电保护的标准分为IEC和HBM两种，IEC61000-4-2的最高等级LEVEL4规定了8KV下，浪涌电流最高可达30A，持续时间最长为10ns，而HBM则规定为2KV、1A，持续时间最长1ns。因此，可以认为符合IEC标准的产品可以为IC提供最佳保护。

飞利浦的封装技术，一种是Chip Scale Package(CSP)技术，主要用于手持式产品。一种是SMD技术，在计算机和消费类产品中比较常用。简单来说，CSP就是在一片晶圆上，把用作结点的锡球打上去，再进行切割，球到球之间的距离是0.5毫米，有2×2~6×6的规格，目前可提供无铅产品。飞利浦还推出了0.4毫米间距的产品，并已有多个大的手机厂商在测试这种产品。与CSP相比，QFN在结点处采用了金线，其电感超过0.7nH，而CSP的锡球的电感仅为0.1nH，如图2所示。

图2 CSP与QFN的性能比较(略)

产品简介

IP4220CZ6是一个四通道的保护装置，一个芯片可以同时保护两个USB2.0接口。其在线电容仅为1pF，有效防止了高速USB接口的数据传输中的数据失真。该芯片符合IEC61000-4-2的4级标准，并已经取得Intel、nVidia、Phllips以及ATI的认 可。
I P4224CZ6是完全按照IEEE1394a所定义的匹配、阻抗以及静电保护标准定义的芯片，内置了静电保护二极管，并利用先进的工艺技术提供了55Ω的阻抗，完全符合IEEE1394a的阻抗标准，这是分立器件不能达到的。

对于VGA的D-SUB接口，飞利浦推出了IP4770系列芯片，它可以为D-SUB接口的每一条线提供必要的防静电二极管，并且内置了缓冲器和电平转换功能。而IP4263CZ14是一款5通道并提供终端阻抗的保护芯片，每条线上的等效电容值小于5pF，3V时的漏电流小于100nA，采用很小的SO14封装，同样也符合IEC61000-4-2的4级规范。另外一款产品是IP4776CZ38，它是针对超高速HDMI接口设计的静电防护元件，其脚位设计宽度和位置完全符合HDMI接口，并内置了4组电平转换，如图3所示，为HDMI量身打造。

图3 IP4776芯片提供 HDMI级的ESD保护(略)

在手持式设备中，键盘是手指接触最多的地方，针对键盘的保护，飞利浦推出了IP4035CX25芯片，它是带有RC滤波的10通道静电保护芯片，仅占据极小的空间，却为手机提供最有效的保护。6通道的IP4053CX15内置了RC滤波，提供ESD保护的同时还可有效防止电磁干扰，它提供长方形封装，便于布局布线。与之类似的8通道芯片是IP4088CX20。

对于声源的保护，不同的扬声器需要不同的滤波器阻抗才能保证声音信号不衰减，其中IP4047、IP4048和IP4055的内置阻抗分别是0.85欧、10欧和470欧，分别适用于不同的扬声器、耳机或麦克风。

在手机中，对SIM卡的静电保护也是必不可少的，因为在用户更换电池或SIM卡时，静电也可能通过SIM卡的接口释放。IP4044针对SIM卡的特性提供高规格的ESD防护，附有电磁干扰解决方案，采用CSP封装，适应手机日渐轻薄短小的趋势。对于手机中的LCD显示屏，通常是包括8位的数据线和几组控制信号，传输速率有20MHz和40MHz，其中的IP4032、IP4033和IP4041适用于20MHz，而IP4040则适用于40MHz，这四款芯片都是10通道的，根据需要可以搭配2通道的IP4055芯片。IP4052则是针对手机中的SD卡或T-Flash存储卡的高规格保护芯片，它包含了静电保护、输出滤波，并加入了必要的输出阻抗。

针对手机电池爆炸的不良状况，越来越多的手机生产商开始注意电源过电压保护，一般采用如图4所示的方法，在保险丝前加入保护线路，多采用P型MOSFET作为保护开关，IP4085CX4是一个超高规格的保护二极管，可用于保护PMU的安全，使其不至于遭受外部非正常电源导致损坏。该芯片使用了4球的CSP封装，符合IEC61000-4-5标准。

图4 电源保护解决方案(略)

综上所述，在目前便携式产品小型化的趋势下，集成分立式元件是最佳选择。集成分立元件可对标准设备进行保护，也可根据客户需求进行定制。采用完整的标准产品，可大大节省开发时间。

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问答选编

问：ID如果集成了较多的元件，当其中一个被损坏后其他元件还可以工作吗？

答：可能还可以，因为芯片被分成了不同的通道。当然，必须查清芯片是如何失效的。

问：可以具体谈谈关于在“ESD保护和EMI滤波器”吗？

答：ESD为瞬间突发的高压破坏，于湿度低的寒冷地区更为严重，所以ESD的防护特别重要。

关于EMI电磁干扰，严重的话可能影响产品出货时效， 利用保护二极管内部的电容值，可以有效利用为EMI滤 波 器的一部分，所以大部分用于手机产品的PHILIPS的 ESD保护元件皆附有EMI的功能。

问 ：能否简单介绍一下Philips ID中的滤波器结构及其特点?

答：滤波器的构成主要是由电阻和电容组成的PI型滤波器。 例 如对手机的应用来说，大部分产品的截至频率是 800MHz- 3GHz，衰减在-30dB(滤除基带部分受到的RF干扰)。当 然 每个产品都是对应于专门的接口设计的，对视频接口 还加入了上拉、下拉电阻和电平转换等功能的考虑。

问：如果ESD的电压范围超出ID器件的保护值，ID器件是否会损坏?

答：当然，如果ESD的电压范围超出8kv，ID器件必然会被损坏。

问：保 护器件如果应用于DSC中，如何设计才能体现它的优越性？

答：首先，针对要保护的接口选择合适的产品；其次，保护器件要尽量接近接口处，远离被保护的芯片并保证良好的 接地。这些是基本的准则。

问：如何选择ESD保护器件?是否耐压高的比较好?

答：先了解该保护讯号的传输速度是否极快，针对速度高的讯号，寄身电容会抵消讯号造成的失真，所以须选择低 电容值的保护元件，并非耐压越高就越好。

问：在音频通路中使用ID，对输入动态范围和信号的失真有什么影响？

答：若使用低阻抗扬声器，EMI滤波器的阻值必须选择小于1ohm，否则扬声器的阻抗会与 滤波器的阻抗相加，讯号 会被抵消。

问：手机显示屏幕有时会出现闪烁问题，请问这和什么干扰有关？该如何解决？

答：这应该就是EMI的干扰，针对此问题可以使用PHILIPS多通道ESD包含EMI的解决方案，例如IP4040CX25。

问：E SD保护和EMI抑制相互会有矛盾，如从ESD速度考虑要选用电容小的，而电容小的其E MI就增加了。请问Phi lips的产品如何平衡这对矛盾?

答：就ESD来说，被保护的线路传输速度大，需要较小的电容值，但大电容值的保护管通常可以提供更大的峰值功率(基于IEC61000-4-5标准)。一般来说， 选择符合I EC61000- 4 -2标准的器件对ESD就没有什么问题了。至于EMI的考虑，IDs会平衡通道内的电容和电阻值，以达到最佳效果。

问：扬声器部分要加ESD保护层器件，那么原来的耦合电容是否要进行调整？

答：只要增加ESD保护器件就可以了。原来的耦合电容保留 ，对音频部分的ESD器件的选择，要注意使用双向的保护器件，因为单向器件可能会对负电平的部分产生干扰和失真。

问：模拟和数字电路的ESD保护器件有什么不同的选型标准吗？在选型时需要注意哪些参数?

答：选型的标准基本一样。需要考虑的部分主要包括：最大传输速度(需考虑寄生电容对信号的影响)，工作电平范 围 (选择最合适的钳位电压值)，是否有负电平(需选择双 向保护管)，以及输出阻抗(对信号的功率衰减)。

问： C器件内部都集成了ESD保护器件，还需要外接ESD 保护器件吗？为什么？

答：仅内部不够。IC只有HBM 2kv，但是实际情况需要的高 于该值。如果产品需要通过CE（欧洲标准）认证，需要通 过IPC61000-4-2 2级（接触时，4KV）。因此，必定需要外 部ESD保护器件。