TWI385888B - Radio frequency signal transmission system and its electrostatic discharge protection device - Google Patents

Description

射頻訊號傳輸系統及其靜電放電保護裝置

本發明是有關於一種靜電放電保護裝置，特別是指一種用於射頻訊號傳輸系統的靜電放電保護裝置。

電子元件在製造、組裝、測試、存放和搬運等等的過程中，靜電會累積在人體、生產機器、測試儀器還有儲放設備之中，甚至在電子元件本身也會累積靜電，而人們在不知情的情況下，使這些物體相互接觸，因而形了一放電路徑，使得電子元件或系統遭到靜電放電(Electrostatic Discharge，ESD)的破壞。

靜電放電是造成大多數的電子元件受到過度電性應力(Electrical Overstress，EOS)破壞的主要因素。這種破壞會導致半導體受到永久性毀損，尤其是高整合度的小體積ICs(Integrated Circuits)，其矽晶氧化層非常薄，因此更易遭到擊穿而損毀，使得電子產品工作不正常。

為了避免靜電放電的危害，一般是將瞬態電壓抑制元件(transient voltage suppresser，以下簡稱TVS元件)與被保護電路並聯，當瞬間脈衝的電壓超過正常工作電壓，TVS元件便提供給瞬時電流一個低阻抗的通路，讓瞬間電流不會流經被保護的電路而是流過TVS元件被引開，並且在電壓回覆正常值之前使被保護電路可一直保持安全範圍內的截止電壓。當瞬間脈衝結束以後，TVS元件自動恢復高阻狀態，讓受保護的電路進入正常工作狀態。

TVS元件雖然能保護電路不受靜電放電的損毀，但如果應用於防止天線端受到靜電放電導致後端收發電路(transceiver)損毀，則容易造成天線的阻抗不匹配，影響到整個天線的特性，也因此不利於電子產品的射頻訊號收發效能。

因此，本發明之目的，即在提供一種可以保護電路不受靜電放電的損毀，並且有利於天線的阻抗匹配的靜電放電保護裝置。

於是，本發明靜電放電保護裝置，適用於電連接一電路與一天線之間的一訊號傳輸線，該訊號傳輸線則是用以傳遞一訊號於該電路及該天線之間，該靜電放電保護裝置包含一具有一表面的載體，及一設於該表面上的微帶線，該微帶線具有一與該訊號傳輸線電連接的連接端及一用以接地的接地點，該連接端與該接地點之間的一電氣長度為該訊號的波長的倍，定義n 為任一自然數。本發明之微帶線較佳地是具有複數個位於該連接端與該接地點間且彼此串接的微帶線段，該等微帶線段是分別具有不同的阻抗，該等微帶線段可以是分別具有不同的寬度或不同的厚度的微帶線段。

較佳地，本發明之載體可為一基板，該基板具有相反的一第一面與一第二面，該微帶線是設於該第一面上。

更佳地，本發明靜電放電保護裝置還可包含一設於該基板第二面的接地部，該基板還形成有一導孔，該導孔的一端電連接該微帶線的接地點，而另一端電連接該接地部。

本發明之功效在於，利用與電路並聯的微帶線，讓天線受靜電放電所產生的大電流可以快速地被引導至地端，使電路不會遭到破壞，並且還讓特定頻段內的工作訊號可以低損地或近乎無損地於訊號傳輸線上傳遞。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖1與圖2，圖1為本發明靜電放電保護裝置10之較佳實施例的俯視圖，圖2則為本實施例應用於一射頻訊號傳輸系統90的方塊示意圖。本發明靜電放電保護裝置10之較佳實施例是應用在射頻訊號傳輸系統90中，此射頻訊號傳輸系統90包括一天線91、一位於後端的電路92，以及橋接在電路92與天線91之間的一訊號傳輸線93，天線91用以發射或接收某特定頻段的工作訊號，訊號傳輸線93則是用以在該電路92及該天線91之間傳遞此工作訊號，為了保護具有許多半導體元件(圖未示)的電路92，不遭到由天線91受靜電放電(Electrostatic Discharge，ESD)所產生的高壓突波破壞，因此與訊號傳輸線93電連接的靜電放電保護裝置10，其主要作用就是要將突波電流引導至地端(ground)，並且讓工作訊號可以低損地或近乎無損地於訊號傳輸線93上傳遞。

該靜電放電保護裝置10包含一載體12，以及設於載體12表面上的一微帶線11和一接地部13，在本實施例中，載體12實為一厚度約為12mils的FR-3基板12，其介電常數約4.3，基板12具有互相平行且位於相反兩側的第一面121與第二面122，在基板12的第一面121與第二面122之間還形成有多數個導孔123(via hole)，而接地部13為一部份覆蓋於基板12的第二面122的金屬層，接地部13與該等導孔123位於第二面122的一端電連接。

本實施例中，微帶線11具有彼此串接的一第一微帶線段111與一第二微帶線段112，第一微帶線段111的一連接端113與訊號傳輸線93連接，而第二微帶線段112具有一遠離連接端113的接地點116，接地點116透過電連接導孔3位於第一面121的一端，與位於基板12第二面122的接地部13電連接。在本實施例中，微帶線的厚度約為2mils，第一微帶線段111的長為414mils，寬為20.6mils，第二微帶線段112的長為396mils，寬為80mils。

需要注意的是，本實施例微帶線11每段的長度設計是要符合四分之一波長轉換器(quarter-wave transformer)的原理。當在訊號傳輸線93中傳遞的是某個特定頻段的工作訊號，由於微帶線11在連接端113與接地點116間具有電氣長度約為此工作訊號倍的波長(定義n 為自然數)，因此工作訊號會視微帶線11為高阻抗，此時對該頻段的工作訊號來講，接地的微帶線11可等效成一開路，使工作訊號能夠近乎無損地在訊號傳輸線93上傳遞；而當靜電放電現象造成的突波產生時，低頻的突波會視此微帶線11為低組抗，也就是一般的接地導線，進而將此靜電放電現象產生的大電流快速導向地端，以達保護後端電路92的目的。值得一提的是，本實施例微帶線11的總長是被設計應用在包含2.4GHz的頻段，以及應用在包含5GHz的頻段，其所具有的電氣長度皆較佳地約為包含2.4GHz的頻段的工作訊號的倍波長，其主要原因在於較為減少所佔用的基板12面積。

另一點需要注意的是，本實施例的第一微帶線段111與第二微帶線段112彼此的寬度是不同的，其原因在於，本發明為求在應用頻寬上有更佳的表現，微帶線11較佳地是具有多段不同阻抗的微帶線段，而寬度、厚度、材質的介電係數等都是影響阻抗的參數，本實施例即是採用不同寬度的第一微帶線段111與第二微帶線段112，如此可以達到形成不同阻抗的目的，也同時在製程上較為方便。值得一提的是，本發明的微帶線11還可以依實際需求來組合兩個以上的不同阻抗微帶線段，並不以本實施例即其對應圖式為限。

配合參閱圖3，圖3為本實施例所應用的射頻訊號傳輸系統90，由電路92往天線91看過去的的插入損耗(insertion loss)量測數據圖。由圖中的各個標記點所顯示的數據來看，包含2.4GHZ的頻段與包含5GHZ的頻段其插入損耗皆約在-1dB以內，這也說明在這些頻段中的工作訊號可以在訊號傳輸現93上近乎無損地傳遞，另外，本實施例經突波的測試可得到下表1，證明從至少在10kV以內的突波，都不會對電路92造成損害。

綜合以上所述，本發明利用具有多個不同阻抗的微帶線段111、112的微帶線11與電路92並聯，讓天線91受靜電放電所產生的大電流可以快速地被引導至地端，使電路92不會遭到破壞，並且還讓特定頻段內的工作訊號可以低損地或近乎無損地於訊號傳輸線93上傳遞，另外，由於本發明是將微帶線以印刷的方式將其整合進入基板中，如此可降低產品成本，並且不增加其他基板之外的電子元件，便可達到靜電放電的保護功能。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

10．．．靜電放電保護裝置

11．．．微帶線

111．．．第一微帶線段

112．．．第二微帶線段

113．．．連接端

116．．．接地點

12．．．基板

121．．．第一面

122．．．第二面

123．．．導孔

13．．．接地部

90．．．射頻訊號傳輸系統

91．．．天線

92．．．電路

93．．．訊號傳輸線

圖1為本發明靜電放電保護裝置之較佳實施例的俯視圖；

圖2則為本實施例應用於一射頻訊號傳輸系統的方塊示意圖；及

圖3為本實施例所應用的射頻訊號傳輸系統，由電路往天線看過去的的插入損耗量測數據圖。

11．．．微帶線

111．．．第一微帶線段

112．．．第二微帶線段

113．．．連接端

116．．．接地點

12．．．基板

121．．．第一面

122．．．第二面

123．．．導孔

13．．．接地部

93．．．訊號傳輸線

Claims (10)

1. 一種靜電放電保護裝置，適用於電連接一電路與一天線之間的一訊號傳輸線，該訊號傳輸線是用以於該電路及該天線之間傳遞一訊號，該靜電放電保護裝置包含：一載體，具有一表面；一微帶線，設於該表面上，並具有一與該訊號傳輸線電連接的連接端及一用以接地的接地點，該連接端與該接地點之間的一電氣長度為該訊號的波長的倍，定義n 為任一自然數。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之靜電放電保護裝置，其中，該微帶線還具有複數個位於該連接端與該接地點間且彼此串接的微帶線段，該等微帶線段是分別具有不同的阻抗。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之靜電放電保護裝置，其中，該等微帶線段是分別具有不同的寬度。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之靜電放電保護裝置，其中，該載體為一基板，而該基板具有相反的一第一面與一第二面，該微帶線是設於該第一面上。
5. 依據申請專利範圍第4項所述之靜電放電保護裝置，還包含一設於該基板第二面的接地部，該基板還形成有一導孔，該導孔的一端電連接該微帶線的接地點，而另一端電連接該接地部。
6. 一種射頻訊號傳輸系統，包含一電路；一天線；一訊號傳輸線，橋接於該電路與該天線之間，並用以於該電路及該天線之間傳遞一訊號；及一靜電放電保護裝置，電連接該訊號傳輸線，並包括：一載體，具有一表面；一微帶線，設於該表面上，並具有一與該訊號傳輸線電連接的連接端及一用以接地的接地點，該連接端與該接地點之間的一電氣長度為該訊號的波長的倍，定義n 為任一自然數。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之射頻訊號傳輸系統，其中，該微帶線還具有複數個位於該連接端與該接地點間且彼此串接的微帶線段，該等微帶線段是分別具有不同的阻抗。
8. 依據申請專利範圍第7項所述之射頻訊號傳輸系統，其中，該等微帶線段是分別具有不同的寬度。
9. 依據申請專利範圍第8項所述之射頻訊號傳輸系統，其中，該載體為一基板，而該基板具有相反的一第一面與一第二面，該微帶線是設於該第一面上。
10. 依據申請專利範圍第9項所述之射頻訊號傳輸系統，其中，該靜電放電保護裝置還包括一設於該基板第二面的接地部，該基板還形成有一導孔，該導孔的一端電連接該微帶線的接地點，而另一端電連接該接地部。