CN105186483A - 一种esd防护装置、移动终端及其防护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信领域，公开了一种ESD防护装置、移动终端及其防护方法。本发明中ESD防护装置，用于天线的静电泄放，其特征在于，包含：阻抗转换模块和静电泄放模块；静电泄放模块通过阻抗转换模块和天线的激励端口连接；阻抗转换模块，用于将天线上的静电电荷传至静电泄放模块，还用于隔离天线和静电泄放模块；静电泄放模块，用于将来自天线的静电电荷泄放至接地。使得从天线端直接泄放静电，加强系统的ESD防护，提高系统的稳定性。

Description

一种ESD防护装置、移动终端及其防护方法

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及ESD防护装置、移动终端及其防护方法。

背景技术

静电放电被认为是电子产品质量最大的潜在杀手，静电防护也成为电子产品质量控制的一项重要内容，各种电子设备都面临ESD(electro-staticdischarge，静电泄放)防护问题，尤其无线终端，因为天线距离高压静电媒质空间距离更近，在实际使用过程中，和人以及周围的携带高压静电的媒质接触，导致不可避免的静电冲击问题。

众所周知，随着智能时代的到来，无线终端中天线越来越多，而FPC以及镭雕天线因为工艺简单成本不高等原因在越来越广泛的应用，这类天线由于在结构上更靠近外界带电媒质，在电子线路上和主板的射频前端模块直接连接，这样通过天线到电子线路主板有了直接的静电泄放路径，那么静电很容易通过天线将天线本身、射频前端电路模块以及其他电路模块烧毁或者损伤。而一般比较常见的方法有如下几种：1.增加电子元器件本身的ESD防护电路；2.在有可能泄漏静电的地方增加ESD防护干扰器件；3.在PCB主板上增加漏铜接地，保证静电有充分的泄放路径；4.增加电子产品整机外壳的密封保护，保证外部媒质携带的高压静电很难进入模块内部等方案。上述这些常规的方案不足在于，尽管已经在结构上做了充分的保护和隔离静电方案，但是由于天线一般在手机的B壳上，和后壳靠的很近，这样静电仍然很容易通过天线区域泄漏到主板烧毁天线相关模块和电路，导致整个系统可靠性问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种ESD防护装置、移动终端及其防护方法，使得从天线端直接泄放静电，加强系统的ESD防护，提高系统的稳定性。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种ESD防护装置，用于天线的静电泄放，包含：阻抗转换模块和静电泄放模块；

所述静电泄放模块通过所述阻抗转换模块和所述天线的激励端口连接；所述阻抗转换模块，用于将所述天线上的静电电荷传至所述静电泄放模块，还用于隔离所述天线和所述静电泄放模块；所述静电泄放模块，用于将来自所述天线的静电电荷泄放至接地。

本发明的实施方式还提供了一种移动终端，包含上述的ESD防护装置。

本发明的实施方式还提供了一种基于上述ESD防护装置的ESD防护方法，包含以下步骤：

所述天线通过所述阻抗转换模块将静电电荷传至所述静电泄放模块；所述静电泄放模块将来自所述天线的静电电荷泄放至接地。

本发明实施方式相对于现有技术而言，主要区别及其效果在于：通过与天线连接的静电泄放模块，直接泄放来自天线的静电，从静电发生位置即消除静电，进一步减少传至主板的静电，加强系统的ESD防护。另外，利用隔离天线和静电泄放模块的阻抗转换模块，保证天线的正常工作，提高系统的稳定性。

作为进一步改进，ESD防护装置进一步包含：静电识别模块和开关模块；所述静电识别模块，用于检测所述天线边界的电荷；在检测到高压电荷时，触发所述开关模块导通所述静电泄放模块和所述阻抗转换模块；所述开关模块，用于在所述静电泄放模块泄放完毕后，断开所述静电泄放模块和所述阻抗转换模块。

利用静电识别模块和开关模块可以控制静电泄放模块的导通时机，使得只有天线有静电时才导通静电泄放模块进行静电泄放，否则，就断开静电泄放电路，利用导通瞬时泄放，使得泄放更为完全，而且静电泄放模块选择性的导通不仅可以降低系统功耗，还能进一步保证系统的稳定性。

作为进一步改进，静电泄放模块包含若干个泄放单元；所述泄放单元包含串联的二极管和电感；所述二极管的输入端为所述泄放单元的输入端，所述电感的一端连接所述二极管的输出端，另一端接地。利用二极管保证电荷从天线到地的定向流动，利用电感保证电荷的泄放。

作为进一步改进，泄放单元进一步包含电容；所述电容并联在所述电感两端。利用电容的自充电降低电感的峰值电流，一方面让静电迅速泄放，另外一方面不至于产生很大的损耗热量。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式中ESD防护装置结构示意图；

图2是根据本发明第二实施方式中ESD防护装置中的阻抗转换模块示意图；

图3是根据本发明第二实施方式中ESD防护装置中的静电泄放模块示意图；

图4是根据本发明第三实施方式中ESD防护装置结构示意图；

图5是根据本发明第三实施方式中ESD防护装置中的静电识别模块以及静电泄放模块示意图；

图6是根据本发明第五实施方式中ESD防护方法流程图；

图7是根据本发明第六实施方式中ESD防护方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种ESD防护装置，用于天线10的静电泄放。其结构如图1所示，具体包含：阻抗转换模块20和静电泄放模块30。

其中，静电泄放模块30通过阻抗转换模块20和移动终端的天线10连接，具体的说，是和天线10的激励端口连接；阻抗转换模块20，用于将天线10上的静电电荷传至静电泄放模块30，还用于隔离天线10和静电泄放模块30；静电泄放模块30，用于将来自天线10的静电电荷泄放至接地。

本实施方式相对于现有技术而言，主要区别及其效果在于：通过与天线10连接的静电泄放模块30，直接泄放来自天线10的静电，从静电发生位置即消除静电，进一步减少传至主板的静电，加强系统的ESD防护。另外，利用隔离天线10和静电泄放模块30的阻抗转换模块20，保证天线10的正常工作，提高系统的稳定性。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

本发明的第二实施方式同样涉及一种ESD防护装置。

本实施方式中的阻抗转换模块20可以如图2所示，当然，现有在实际应用中还有其他实现方式，在此不再一一列举。

需要说明的是，如图3所示，静电泄放模块30包含N个泄放单元(301、302、……、30N)；每个泄放单元包含串联的二极管D_N和电感L_N，二极管的输入端为泄放单元的输入端，电感的一端连接二极管的输出端，另一端接地；其中，N为自然数。二极管D_N主要是起到定向导通电荷的作用，电感L_N实现静电电荷快速泄放到地上。当泄放单元不止一个(N>2)时，该静电泄放模块30可以保证从天线10释放过来的瞬间大电流平分到各个泄放单元中，保证快速的ESD防护。

上述静电泄放模块30仅为实际应用中的一种实现方式，不排除还可以采用其他现有的实现方式，在此不再一一列举。

另外，本实施方式还可以进一步优化，泄放单元可以进一步包含电容C_N；电容C_N并联在电感两端。电容C_N是为了保证流过电感L_N的电流处于一种比较平稳的状态，避免瞬间大电流对电感的冲击，在保证静电电荷有效快速泄放掉地上的同时降低电感的热损耗。

本发明的第三实施方式同样涉及一种ESD防护装置，本实施方式是在第一实施方式的基础上做了进一步改进，主要改进之处在于：本实施方式的静电泄放模块30并非保持接入的常态，而是在静电存在时才接入，进行静电泄放，使得静电不存在的时候保持静电泄放模块30的断开，不仅可以降低系统功耗，还能利用导通瞬间，增强静电泄放能力。

利用静电识别模块50和开关模块40可以控制静电泄放模块30的导通时机，使得只有天线10有静电时才导通静电泄放模块30进行静电泄放，否则，就断开静电泄放电路，利用导通瞬时泄放，使得泄放更为完全，而且静电泄放模块30选择性的导通不仅可以降低系统功耗，还能进一步保证系统的稳定性。

具体的说，本实施方式中的ESD防护装置如图4所示，进一步包含：静电识别模块50和开关模块40。

具体的说，静电识别模块50的一端连接天线，另一端连接开关模块40；静电泄放模块30通过开关模块40和阻抗转换模块20连接。静电识别模块50，用于检测天线10边界的电荷；在检测到高压电荷时，触发开关模块40导通静电泄放模块30和阻抗转换模块20。开关模块40，用于在静电泄放模块30泄放完毕后，断开静电泄放模块30和阻抗转换模块20。

值得一提的是，本实施方式中的开关模块40可以为脉冲功率开关401。更具体的说，脉冲功率开关401为IGBT(绝缘栅极型功率管)开关，如由绝缘栅双极型晶体管构成的N型IGBT功率开关，当高压静电电荷瞬间泄放的过程中会产生很大的电流，这种工艺形成的脉冲开关可以负担起大电流的冲击而不至于损坏。当其栅极控制电压为高电平的时候(U节点高电平)，该开关开启，漏极到源极导通，给阻抗变换电路和电荷泄放阵列提供一条电荷的泄放通道，即电荷泄放路径打开；当该开关的栅极控制为低电平的时候(U节点低电平)，开关关闭，对应的电荷泄放路径关断。当然，在实际应用中，开关模块40还可以采用其他实现方式，在此不再一一列举。

另外，静电识别模块50可以如图5所示，包含：电荷采样电路51、积分放大电路52和参考地53，积分放大电路52的一端通过参考地53和天线10连接，另一端连接电荷采样电路51；电荷采样电路51和开关401连接。其中，电荷采样电路51，用于在天线10边界存在高压电荷时，形成高电平信号；还用于利用高电平信号触发开关模块40导通静电泄放模块30和阻抗转换模块20。利用积分放大电路52的负输入端接收天线10边界的高压电荷，从其输出端输出高电平信号。静电识别模块50利用高压静电作用下天线10会和其对应的地上瞬间形成强电场，从而激发出强电荷Q，此时，由运算放大器501和电容502以及电容503构成的积分放大电路52将静电激发的电荷Q在静电功率脉冲开关401的栅极U节点上转换为电压高电平信号，作为对静电脉冲功率开关401开启的触发，而稳压二极管VD1保证U节点的电压不会由于积分电路52造成过高的电压输出而造成烧毁脉冲功率开关401，如图上虚线箭头所示，此时，开关401打开，则天线10上的静电电荷沿着实线箭头所示的方向经过阻抗转换模块20泄放到静电泄放模块30中完成ESD防护。同时，U节点的电压由于累积的电荷通过电感504和电容505将电平电压拉低，这样开关M1关断，其中，引入电感504和电容505构成的电荷采样电路51，其电荷释放时间大于实线箭头所示的静电电荷释放时间TD，保证静电充分泄漏到地上。待下次静电来袭的时候，控制节点U就又从低电平变为高电平实现下一次的静电ESD保护。其中，运算放大器501就是从天线10和参考地53之间瞬间感应到的电荷Q，实时的积分放大到功率脉冲开关401的开启电压Vth以上，也就是Vu>Vth。

当然，上述电荷采样电路在实际应用中还有其他实现方式，在此不再一一列举。

在实际应用中，本实施方式中提到的ESD防护装置工作原理如下：从开始状态就会进入天线10静电防护的等待状态，通过检测天线10和其对应地上是否存在强电场，如果系统受到高压静电的冲击，就会形成强电场，静电防护识别电路自启动，通过运算放大器501构成的积分电路会在脉冲控制开关401的栅极形成高电平，从而静电泄放模块30工作，同时阻抗转换模块20实现天线10和静电泄放模块30的充分隔离，实现ESD的有效防护，待静电充分泄放完毕，积分电路输出通过采样电荷的泄放变为低电平状态，整个系统自动恢复到初始状态，待进入下一次静电防护；如果系统未受到高压静电冲击，那么不会形成强电场，静电泄放模块30不启动，脉冲控制开关401的栅极保持低电平，整个静电泄放模块30保持初始状态，不会对天线10产生干扰，天线10正常工作，等待进入下一次静电防护。

本发明的第四实施方式涉及一种移动终端。具体包含如第一实施方式、第二实施方式或第三实施方式中提到的ESD防护装置。

本发明的第五实施方式涉及一种ESD防护方法。本实施方式中的流程如图6所示，具体包含以下步骤：

步骤601，天线10通过阻抗转换模块20将静电电荷传至静电泄放模块30。

步骤602，静电泄放模块30将来自天线10的静电电荷泄放至接地。

本实施例提供的ESD防护方法，通过与天线10连接的静电泄放模块30，直接泄放来自天线10的静电，从静电发生位置即消除静电，进一步减少传至主板的静电，加强系统的ESD防护。另外，利用隔离天线10和静电泄放模块30的阻抗转换模块20，保证天线10的正常工作，提高系统的稳定性。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的方法实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

本发明的第六实施方式同样涉及一种ESD防护方法，本实施方式是在第四实施方式的基础上做了进一步改进，主要改进之处在于：本实施方式的静电泄放模块并非时刻传递静电电荷，而是在静电存在时才传递，进行静电泄放，使得静电不存在的时候保持静电泄放模块的断开，不仅可以降低系统功耗，还能利用导通瞬间，增强静电泄放能力。

本实施方式的流程图如图7所示，具体如下：

需要说明的是，在天线通过阻抗转换模块将静电电荷传至静电泄放模块的步骤前，可以包含以下步骤：

步骤701，利用静电识别电路检测天线边界的电荷。

步骤702，判断是否检测到高压电荷；若是，则执行步骤703；若否，则重复执行步骤702。

本实施方式中的步骤703和步骤704和第五实施方式中的步骤601和步骤602相类似，在此不再赘述。

如果检测到高压电荷，则执行步骤703，天线通过阻抗转换模块将静电电荷传至静电泄放模块。在实际应用中，脉冲控制开关开启，使得阻抗转换模块和静电泄放模块连通，开始传递电荷。

需要说明的是，实际应用中，在静电泄放模块将来自天线的静电电荷泄放至接地的步骤后，还包含以下步骤：

如果静电泄放模块泄放完毕，则断开静电泄放模块和阻抗转换模块。也就是说，脉冲控制开关关闭，断开这两个模块。

由于第三实施方式与本实施方式相互对应，因此本实施方式可与第三实施方式互相配合实施。第三实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，在第三实施方式中所能达到的技术效果在本实施方式中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第三实施方式中。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (11)

1.一种ESD防护装置，用于天线的静电泄放，其特征在于，包含：阻抗转换模块和静电泄放模块；

所述静电泄放模块通过所述阻抗转换模块和所述天线的激励端口连接；

所述阻抗转换模块，用于将所述天线上的静电电荷传至所述静电泄放模块，还用于隔离所述天线和所述静电泄放模块；

所述静电泄放模块，用于将来自所述天线的静电电荷泄放至接地。

2.根据权利要求1所述的ESD防护装置，其特征在于，所述ESD防护装置进一步包含：静电识别模块和开关模块；

所述静电识别模块，用于检测所述天线边界的电荷；在检测到高压电荷时，触发所述开关模块导通所述静电泄放模块和所述阻抗转换模块；

所述开关模块，用于在所述静电泄放模块泄放完毕后，断开所述静电泄放模块和所述阻抗转换模块。

3.根据权利要求2所述的ESD防护装置，其特征在于，所述静电识别模块包含：电荷采样电路；

所述电荷采样电路，用于在所述天线边界存在高压电荷时，形成高电平信号；还用于利用所述高电平信号触发所述开关模块导通所述静电泄放模块和所述阻抗转换模块。

4.根据权利要求3所述的ESD防护装置，其特征在于，所述静电识别模块进一步包含：积分放大电路；

所述积分放大电路，用于利用其负输入端接收所述天线边界的高压电荷，转换输出高电平信号。

5.根据权利要求2所述的ESD防护装置，其特征在于，所述开关模块为脉冲功率开关。

6.根据权利要求5所述的ESD防护装置，其特征在于，所述脉冲功率开关为绝缘栅极型功率管IGBT开关。

7.根据权利要求1所述的ESD防护装置，其特征在于，所述静电泄放模块包含N个泄放单元；所述泄放单元包含串联的二极管和电感；

所述二极管的输入端为所述泄放单元的输入端，所述电感的一端连接所述二极管的输出端，另一端接地；

其中，所述N为自然数。

8.根据权利要求7所述的ESD防护装置，其特征在于，所述泄放单元进一步包含电容；所述电容并联在所述电感两端。

9.一种移动终端，其特征在于，包含如权利要求1至8中任意一项所述的ESD防护装置。

10.一种基于权利要求1至8中任意一项所述的ESD防护装置的ESD防护方法，其特征在于，包含以下步骤：

所述天线通过所述阻抗转换模块将静电电荷传至所述静电泄放模块；

所述静电泄放模块将来自所述天线的静电电荷泄放至接地。

11.根据权利要求10所述的ESD防护方法，其特征在于，在所述天线通过所述阻抗转换模块将静电电荷传至所述静电泄放模块的步骤前，包含以下步骤：

利用静电识别电路检测所述天线边界的电荷；

如果检测到高压电荷，则执行所述天线通过所述阻抗转换模块将静电电荷传至所述静电泄放模块的步骤；

在所述静电泄放模块将来自所述天线的静电电荷泄放至接地的步骤后，还包含以下步骤：

如果所述静电泄放模块泄放完毕，则断开所述静电泄放模块和所述阻抗转换模块。