[发明专利]带内置式瞬态电压抑制的接口

说明书

技术领域

本发明是关于防止接口设备或连接器中的过电应力（EOS）、电磁干扰（EMI）和静电放电（ESD）。

背景技术

电子设备的故障可能由各种原因引起，例如高温、高电流和/或电压、机械冲击、压力或碰撞等。电子设备和电路暴露于瞬态电压或电流下，会发生各种有害情况，例如电气通信时发生过电应力（EOS）、电磁干扰（EMI）和静电放电（ESD）、浪涌以及尖峰等。一般来说，电子设备所具有的保护和EOS/EMI/ESD处理能力有限，因此发生这些有害情况时设备易受损坏。当发生上述有害情况时，会在电子设备的输入端产生很高的电流和/或电压。输入端处电流和/或电压的迅速变化，会导致电子设备发生故障。

一个电子设备通常包括至少一个专为满足电子设备功能要求的电路。制造电子设备的传统工艺从指定电气要求的技术规范开始，例如输入/输出信号、电源要求等，以实现电子设备的功能要求。规范还包括电子设备必须满足的物理参数，例如尺寸、重量、防潮性、温度范围、热量输出、振动公差等。以规范为基础设计电路，其中选取单独的电路元件执行电路中的每个功能，确定并示意性地表示实现整体功能的零件的互联互通。此后，物理布局通常以设计电路的印刷电路板（PCB）布局的形式形成，并制备PCB。

选取的电路元件通常包括执行电路每项功能的操作元件，以及操作元件周围所使用的保护元件，保护电路不受上述EOS/EMI/ESD等有害情况的影响。操作元件通常包括半导体、晶体管、二极管等有源元件，以及电阻器、电容器等被动元件。保护元件通常包括瞬态电压抑制（TVS）二极管、齐纳二极管、肖特基二极管、变容二极管、钳位器等。另外，还可以使用具有多个这种二极管的半导体封装。

PCB必须同时容纳操作元件和保护元件。然而，具有尺寸限制的电子设备对于PCB尺寸有一定约束，因此要减小电路元件的PCB面积。这会导致较薄的导电通道以及不适当排布的电路元件，从而使寄生阻抗升高，并且使导电通道的路由设计非常困难，电路的设计和布局极其耗时。在发生EOS时，寄生阻抗引起PCB上操作元件和保护元件的错误功能，从而导致电子设备故障。

另外，保护元件的要求还与导电通道的数量有关。因此，导电通道的数量增多时，PCB上所需的保护元件数量也要增多，因此必须使用较大的PCB。PCB上增多的保护元件，以及保护元件必须使用较大的PCB，导致PCB的制造成本升高，电子设备的总成本升高。

因此，为了保护电子设备和电路，必须解决上述关于使用保护元件带来的不利条件。

使用接口，在多个电子设备和电路之间形成电连接。接口通常包括连接PCB的连接器，电路安装在PCB上。接口通常分为“公”接口和“母”接口，连接起来以实现电子设备之间的通信。在通信过程中，电子设备已受到发生各种有害情况产生的瞬态电压或电流的影响，包括EOS、EMI、ESD、浪涌和尖峰等。当电子设备端口加载过量电压或电流时，常会发生EOS/EMI/ESD。EOS/EMI/ESD可能由于各种原因引起，例如当PCB通电时，错误连接接口，导致接口中两个或多个引脚之间短路，不正确的电源或方向等导致电压/电流浪涌。端口处过量的电压导致电子设备故障。为了保护电子设备不受这些有害情况的影响，TVS二极管、齐纳二极管、变容二极管、钳位器等保护元件用在这些设备的电路中，消耗过量瞬态电压/电流产生的EOS/EMI/ESD能量。另外，还可以使用含有多个这样二极管的半导体封装。

参见图1，表示一种连接PCB的传统接口配置，保护元件安装在PCB上。依据图1所示的实施例，传统接口包括第一接口为公接口11，第二接口为母接口12，母接口12与PCB14相连。公接口11与另一个PCB直接相连或通过一个连接电线与另一个PCB相连。还可选择，公接口11包含在数据线中。

母接口12通常包括多个导电线路/通道，当母接口12与PCB14相连时，多个导电线路/通道也连接到PCB14中相应的导电线路/通道上。导电通道还连接到PCB14上电路16的操作元件上。与之类似，公接口11通常包括多个导电线路/通道连接到PCB中相应的导电线路/通道上，PCB与公接口11相连。另外，当接口设备11和12相连，在单独的PCB上电路之间形成电连接时，母接口12的导电线路与公接口11相应的导电线路接通。接口中的导电线路通常包括数据、电源和接地线。