KR20110059785A

KR20110059785A - Electrostatic discharge (esd) protection circuit and method

Info

Publication number: KR20110059785A
Application number: KR1020117009162A
Authority: KR
Inventors: 한스 에이. 주니어 트로에멜; 브라이언 알. 맥클루어
Original assignee: 파나소닉 오토모티브 시스템즈 컴퍼니 오브 어메리카, 디비젼 오브 파나소닉 코포레이션 오브 노쓰 어메리카
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2011-06-03
Also published as: EP2329573A4; KR101478870B1; JP5209119B2; JP2012503928A; WO2010036218A1; EP2329573A1; CN102165662A

Abstract

정전 방전(ESD) 보호 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 예시적인 실시예를 이용하는 전자 장치(100)는 신호 입력 도전체(302)를 갖는 전자 컴포넌트(106)를 포함한다. 예시적인 ESD 보호 회로(200)는 고역 통과 사분의 일 파장 변환기(208)에 직렬로, 스파크 갭(204)을 포함한다. 예시적인 ESD 보호 회로(200)는 스파크 갭(204) 및/또는 고역 통과 사분의 일 파장 변환기(208)를 통해 전자 컴포넌트(106)의 신호 입력 도전체(302)로부터 접지면(304)으로 ESD 펄스를 방전시키도록 적응된다.An electrostatic discharge (ESD) protection device and method are disclosed. Electronic device 100 using an exemplary embodiment of the present invention includes an electronic component 106 having a signal input conductor 302. The example ESD protection circuit 200 includes a spark gap 204, in series with the high pass quarter wave converter 208. Exemplary ESD protection circuit 200 is ESD from signal input conductor 302 of electronic component 106 to ground plane 304 via spark gap 204 and / or high pass quarter wave converter 208. It is adapted to discharge the pulse.

Description

Electrostatic Discharge (ESD) Protection Circuits and Methods {ELECTROSTATIC DISCHARGE (ESD) PROTECTION CIRCUIT AND METHOD}

본 발명은 일반적으로 전자 장치를 보호하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명의 예시적인 실시예들은 ESD 펄스가 전자 컴포넌트를 손상시키기 전에, ESD 펄스가 따라갈 접지면까지의 경로를 제공함으로써, 전자 컴포넌트를 ESD 펄스로부터 보호하는 정전 방전(electrostatic discharge, ESD) 보호 회로에 관한 것이다.The present invention generally relates to systems and methods for protecting electronic devices. Specifically, exemplary embodiments of the present invention provide an electrostatic discharge (ESD) that protects an electronic component from an ESD pulse by providing a path to the ground plane that the ESD pulse will follow before the ESD pulse damages the electronic component. It relates to a protection circuit.

본 섹션은 이하에서 설명 및/또는 청구되는 본 발명의 다양한 양태들에 관련될 수 있는 기술의 다양한 양태들을 독자에게 소개하도록 의도된 것이다. 이 논의는 독자에게 본 발명의 다양한 양태들에 대한 더 나은 이해를 용이하게 하기 위한 배경 지식을 제공하는 데에 유용할 것으로 생각된다. 따라서, 이러한 서술 내용들은 종래 기술의 인정(admissions)으로서가 아니라, 이러한 견지에서 읽혀져야 함을 이해해야 한다.This section is intended to introduce the reader to various aspects of the art that may relate to the various aspects of the invention described and / or claimed below. This discussion is believed to be useful in providing the reader with background to facilitate a better understanding of the various aspects of the present invention. It is therefore to be understood that these descriptions are to be read in this light, not as admissions of the prior art.

일부 마이크로파 RF(radio frequency) 장치들은 ESD 충격에 대하여 매우 낮은 허용한계(tolerance)를 갖는다. 실제로, 100 또는 200 볼트 이하의 크기를 갖는 ESD 펄스가 일부 RF 장치의 민감한 컴포넌트들에 손상을 줄 수 있다. 일부 RF 응용들은 훨씬 더 큰 ESD 방전, 심지어는 15㎸ 이상까지의 방전에 대한 저항을 요구하기 때문에, 이것은 불행한 일이다. 또한, 많은 RF 장치들은 그들의 동작 주파수로 인해 션트 정전용량에 매우 민감하다. 션트 정전용량에 대한 이러한 민감도는 ESD 보호 회로가 매우 낮은 정전용량, 아마도 1 피코패럿 미만의 정전용량을 가져야한다는 추가의 요구사항을 나타낸다.Some microwave radio frequency (RF) devices have a very low tolerance to ESD shock. In practice, ESD pulses of magnitude less than 100 or 200 volts can damage sensitive components of some RF devices. This is unfortunate because some RF applications require resistance to much larger ESD discharges, even discharges up to 15 mA or more. In addition, many RF devices are very sensitive to shunt capacitance due to their operating frequency. This sensitivity to shunt capacitance represents an additional requirement that the ESD protection circuitry must have a very low capacitance, perhaps less than 1 picofarad.

전형적인 시스템 접근방식은, 신호 경로에 접속된 임의의 ESD 민감 컴포넌트를 ESD 신호로부터 차폐하기 위해, ESD 에너지를 가능한 한 신속하게 신호 경로로부터 복귀(접지) 경로로 안내하는 것이다. 구체적으로, 한가지 알려진 접근방식은 접지로의 션트 장치들을 이용하는 것이다. 이러한 션트 장치들은 인덕터, 폴리머 장치, 및 스파크 갭(spark gap) 장치를 포함할 수 있다. 션트 인덕터 접근방식은 RF 초크(choke)로서 이용될 수 있고, 여기에서 RF 임피던스는 RF 성능에 영향을 주지 않을 정도로 충분히 크다.A typical system approach is to direct ESD energy from the signal path back to the return (ground) path as quickly as possible to shield any ESD sensitive components connected to the signal path from the ESD signal. Specifically, one known approach is to use shunt devices to ground. Such shunt devices may include inductors, polymer devices, and spark gap devices. The shunt inductor approach can be used as an RF choke, where the RF impedance is large enough to not affect RF performance.

인덕터에 대한 기본 트랜션트 식(transient equation)이 아래에 제시된다.The basic transient equation for the inductor is presented below.

여기에서, V(t)는 시간 t에서의 인덕터 양단의 전압이고, L은 인덕터의 인덕턴스이다. 이 식에 따르면, 인덕터는 순간적인 전압 변화에 응답할 수 있지만, 순간적인 전류 변화에는 응답하지 못한다. 인덕터는 (폴리머 및 스파크 갭 ESD 장치들이 그러한 것처럼) 트리거 전압을 갖지 않기 때문에, 인덕터는 그것의 권선들의 최대 전류를 조건으로 하여, 에너지를 접지로 즉시 리턴하기 시작한다. 이런 이유로, 저 정전용량 폴리머 및 스파크 갭 ESD 장치들은 전형적으로 전체적인 ESD 보호 회로의 전류 용량을 증가시키는 것을 돕기 위해 인덕터와 병렬로 배치된다. 그러나, 그러한 전형적인 ESD 보호 회로들은 적대적인 ESD 환경에서의 RF 컴포넌트들에게 충분히 강건한 보호를 제공하지 못할 수 있다.Where V (t) is the voltage across the inductor at time t and L is the inductance of the inductor. According to this equation, the inductor can respond to instantaneous voltage changes, but not to instantaneous current changes. Since the inductor does not have a trigger voltage (as polymer and spark gap ESD devices do), the inductor immediately starts returning energy to ground, subject to the maximum current of its windings. For this reason, low capacitance polymer and spark gap ESD devices are typically placed in parallel with the inductor to help increase the current capacity of the overall ESD protection circuit. However, such typical ESD protection circuits may not provide sufficiently robust protection for RF components in hostile ESD environments.

ESD 보호 회로를 갖는 전자 장치가 제공된다. 예시적인 전자 장치는 신호 입력 도전체를 갖는 전자 컴포넌트를 포함한다. 예시적인 ESD 보호 회로는 고역 통과 사분의 일 파장 변환기(high pass quarter wave transformer)와 직렬로 스파크 갭(spark gap)을 포함한다. 예시적인 ESD 보호 회로는 ESD 펄스를 스파크 갭 및/또는 고역 통과 사분의 일 파장 변환기를 통해 전자 컴포넌트의 신호 입력 도전체로부터 접지면으로 방전시키도록 적응된다.An electronic device having an ESD protection circuit is provided. Exemplary electronic devices include electronic components having signal input conductors. Exemplary ESD protection circuitry includes a spark gap in series with a high pass quarter wave transformer. The example ESD protection circuit is adapted to discharge the ESD pulse from the signal input conductor of the electronic component to the ground plane via a spark gap and / or high pass quarter wave converter.

위에서 언급된 것과 그 외의 본 발명의 특징들 및 이점들, 및 그들을 달성하는 방식은 본 발명의 일 실시예에 대한 이하의 설명을 첨부 도면들과 함께 참조함으로써 분명해지고 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 전자 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 ESD 보호 회로의 개략적인 회로도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 ESD 보호 회로를 구성하는 데에 유용한 스파크 갭 회로의 상면도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 ESD 보호 회로를 구성하는 데에 유용한 고역 통과 사분의 일 파장 변환기의 개략적인 회로도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 ESD 보호 회로를 구성하는 방법의 프로세스 흐름도이다.
여러 개의 도면들 전체에서, 대응하는 참조 부호들은 대응하는 부분들을 나타낸다. 여기에 제시된 예시들은 본 발명의 바람직한 실시예를 한 형태로 예시한 것이며, 그러한 예시는 어떤 식으로든 본 발명의 범위를 제한하는 것으로서 이해되어서는 안 된다.The above mentioned and other features and advantages of the present invention, and the manner of achieving them, will become apparent and better understood by reference to the following description of an embodiment of the present invention in conjunction with the accompanying drawings.
1 is a block diagram of an electronic device according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
2 is a schematic circuit diagram of an ESD protection circuit according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a top view of a spark gap circuit useful for constructing an ESD protection circuit in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.
4 is a schematic circuit diagram of a high pass quarter wave converter useful for constructing an ESD protection circuit according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 is a process flow diagram of a method of configuring an ESD protection circuit in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.
In the several drawings, corresponding reference numerals indicate corresponding parts. The examples presented herein illustrate the preferred embodiments of the invention in one form, which should not be understood as limiting the scope of the invention in any way.

본 발명의 하나 이상의 구체적인 실시예들이 이하에 설명될 것이다. 이러한 실시예들의 간결한 설명을 제공하려는 노력으로, 실제 구현의 모든 특징들이 명세서에서 설명되지는 않는다. 임의의 엔지니어링 또는 설계 프로젝트에서와 같이, 임의의 그러한 실제의 구현의 개발에서, 구현마다 다를 수 있는 시스템 관련 및 비지니스 관련 제약과의 호환성과 같은 개발자의 특정 목표를 달성하기 위해, 많은 구현 특유의 결정이 이루어져야만 한다는 점을 알아야 한다. 또한, 그러한 개발 노력은 복잡하고 시간소모적일 수 있지만, 그럼에도 불구하고 본 개시물의 혜택을 받는 통상적인 지식을 가진 자들에게 있어서는 일상적인 설계, 제조 및 생산 업무임을 알아야 한다. One or more specific embodiments of the present invention will be described below. In an effort to provide a concise description of these embodiments, not all features of an actual implementation are described in the specification. In the development of any such actual implementation, such as in any engineering or design project, many implementation specific decisions are made to achieve the developer's specific goals, such as compatibility with system-related and business-related constraints that may vary from implementation to implementation. It should be noted that this must be done. In addition, such development efforts may be complex and time consuming, but it should nevertheless be understood that they are routine design, manufacturing and production tasks for those of ordinary skill who benefit from the present disclosure.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 전자 장치의 블록도이다. 전자 장치는 개괄적으로 참조 번호 100으로 표시된다. 도 1에 도시된 예시적인 전자 장치(100)는 RF 오디오 신호 또는 그와 유사한 것을 수신 및 재생하기 위한 (예를 들어, 자동차 라디오(automotive radio)와 같은) RF 수신 장치이다. 본 기술분야에 통상의 지식을 가진 자들은, 다른 예시적인 실시예들에서, 전자 장치(100)가 단지 몇몇 예를 들자면, 컴퓨터 시스템 또는 컴포넌트, 텔레비전, 텔레비전 셋탑 박스, DVD 플레이어, 개인용 오디오 플레이어, 카메라 또는 그와 유사한 것과 같은 다른 유형의 장치들을 포함할 수 있음을 알 것이다. 또한, 본 기술분야에 통상의 지식을 가진 자들은 본 발명의 예시적인 실시예들이 ESD 펄스를 방전시키는 것에 의해 손상을 당하는 임의의 종류의 전자 장치를 보호하는 데에 유용할 수 있음을 알 것이다. 또한, 본 기술분야에 통상의 지식을 가진 자들은 도 1에 도시된 다양한 기능 블록들이 (회로를 포함하는) 하드웨어 요소, (기기 판독가능한 매체 상에 저장된 컴퓨터 코드를 포함하는) 소프트웨어 요소, 또는 하드웨어 요소와 소프트웨어 요소 둘 다의 조합을 포함할 수 있음을 알 것이다.1 is a block diagram of an electronic device according to an exemplary embodiment of the present disclosure. The electronic device is indicated generally by the reference numeral 100. The example electronic device 100 shown in FIG. 1 is an RF receiving device (eg, an automotive radio) for receiving and playing back an RF audio signal or the like. Those skilled in the art will appreciate, in other example embodiments, that electronic device 100 may, for example only, be a computer system or component, television, television set top box, DVD player, personal audio player, It will be appreciated that it may include other types of devices, such as a camera or the like. Moreover, those skilled in the art will appreciate that exemplary embodiments of the present invention may be useful for protecting any kind of electronic device that is damaged by discharging an ESD pulse. Also, those skilled in the art will appreciate that the various functional blocks shown in FIG. 1 may be hardware elements (including circuits), software elements (including computer code stored on an instrument readable medium), or hardware. It will be appreciated that it may include a combination of both elements and software elements.

도 1에 도시된 예시적인 전자 장치(100)는 신호 입력(102)을 포함한다. 신호 입력(102)은 RF 안테나 또는 다른 신호 소스로부터의 입력을 포함할 수 있다. 이하에 충분하게 제시되는 바와 같이, ESD 보호 회로(104)는 프로세싱 전자장치 블록(106)과 같은 전자 컴포넌트를 ESD 펄스의 방전으로부터 보호하도록 적응된다. 전자 컴포넌트(106)는 신호 입력(102)으로부터의 입력 신호를 수신하도록 적응되는 RF 프로세싱 회로를 포함할 수 있다. 전자 장치(100)는 오디오 출력 신호를 사용자에게 전달하기 위한 하나 이상의 스피커(108)(헤드폰을 포함할 수 있음)를 더 포함한다.The example electronic device 100 shown in FIG. 1 includes a signal input 102. Signal input 102 may include an input from an RF antenna or other signal source. As fully presented below, the ESD protection circuit 104 is adapted to protect electronic components, such as the processing electronics block 106, from discharge of an ESD pulse. Electronic component 106 may include RF processing circuitry adapted to receive an input signal from signal input 102. The electronic device 100 further includes one or more speakers 108 (which may include headphones) for delivering audio output signals to the user.

도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 ESD 보호 회로의 개략적인 회로도이다. ESD 보호 회로는 개괄적으로 참조 번호 200으로 참조된다. 신호 입력(202)은 예를 들어 RF 오디오 프로그램 또는 그와 유사한 것에 대응하는 입력 신호를 수신하도록 적응된다.2 is a schematic circuit diagram of an ESD protection circuit according to an exemplary embodiment of the present invention. The ESD protection circuit is referred to generally at 200. Signal input 202 is adapted to receive an input signal corresponding to, for example, an RF audio program or the like.

이하에 더 상세하게 제시되는 바와 같이, ESD 보호 회로(200)는 ESD 민감 RF 장치(210)에 ESD 보호를 제공하기 위해, 고역 통과 사분의 일 파장 변환기(208)와 직렬인 스파크 갭(204)을 이용한다. 본 발명의 예시적인 실시예는 ESD 민감 RF 장치(210)에 추가의 ESD 보호를 제공하기 위해 스파크 갭(204) 및 고역 통과 사분의 일 파장 변환기(208)에 병렬로, 저 정전용량 ESD 요소(206)를 추가로 포함할 수 있다.As will be presented in more detail below, the ESD protection circuit 200 includes a spark gap 204 in series with the high pass quarter wave converter 208 to provide ESD protection to the ESD sensitive RF device 210. Use An exemplary embodiment of the present invention is a low capacitance ESD element (parallel to the spark gap 204 and the high pass quarter wave converter 208 to provide additional ESD protection to the ESD sensitive RF device 210). 206 may be further included.

도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 ESD 보호 회로를 구성하는 데에 유용한 스파크 갭 회로의 상면도이다. 스파크 갭 회로는 개괄적으로 참조 번호 300으로 참조된다. 본 기술분야에 통상의 지식을 가진 자들은 도 3에 도시된 스파크 갭 회로(300)가 전자 장치의 인쇄 회로 기판 컴포넌트 상에 배치된 RF 커넥터의 일부분의 레이아웃을 표현함을 알 것이다.3 is a top view of a spark gap circuit useful for constructing an ESD protection circuit in accordance with an exemplary embodiment of the present invention. The spark gap circuit is generally referred to by reference numeral 300. Those skilled in the art will appreciate that the spark gap circuit 300 shown in FIG. 3 represents the layout of a portion of the RF connector disposed on the printed circuit board component of the electronic device.

스파크 갭 회로(300)는 RF 오디오 입력 신호 또는 그와 유사한 것과 같은 신호를 운반하도록 적응되는 신호 입력 도전체(302)를 포함한다. 도 3에서, 신호 입력 도전체(302)는 인쇄 회로 기판의 커넥터 패드로서 구현된다. 본 발명의 예시적인 실시예에서, 신호 입력 도전체(302)는 신호 입력(202, 도 2)을 통해 수신된 입력 신호를 운반하도록 적응될 수 있다. 스파크 갭 회로(300)는 접지면(304)을 포함한다. 본 발명의 예시적인 실시예에서, 스파크 갭 회로(300)는 임계 전압을 초과하는 ESD 펄스가 신호 입력 도전체(302)에 발생될 때, 신호 입력 도전체(302)와 접지면(304) 사이에 전기 경로를 제공하도록 적응된다.Spark gap circuit 300 includes a signal input conductor 302 that is adapted to carry a signal such as an RF audio input signal or the like. In Figure 3, the signal input conductor 302 is implemented as a connector pad of a printed circuit board. In an exemplary embodiment of the invention, the signal input conductor 302 may be adapted to carry an input signal received via the signal input 202 (FIG. 2). The spark gap circuit 300 includes a ground plane 304. In an exemplary embodiment of the invention, the spark gap circuit 300 is provided between the signal input conductor 302 and the ground plane 304 when an ESD pulse exceeding the threshold voltage is generated at the signal input conductor 302. Is adapted to provide an electrical path.

스파크 갭 회로(300)는 하나 이상의 스파크 갭 패드(306)를 포함한다. 도 3에 도시된 스파크 갭 회로(300)의 예시적인 실시예에서, 스파크 갭 패드들(306)은 대체적으로 삼각형 형상이며, 접지면(304)의 일체 부분(integral part)으로서 형성된다. 스파크 갭 패드들(306)이 접지면(304)의 일체 부분으로서 형성되므로, 스파크 갭 패드들(306)의 션트(shunt) 정전용량은 약 4㎓까지의 동작 주파수에 대해 매우 적고 투명(transparent)하다. 또한, 대체적으로 삼각형인 스파크 갭 패드들(306) 각각의 정점(vertex)은 신호 입력 도전체(302)의 대체적인 방향(general direction)을 가리키도록 배향된다. 단일 세트의 스파크 갭 패드들을 이용하는 것에 비하여 스파크 갭 회로(300)의 수명을 연장하기 위해 스파크 갭 패드들의 백업 세트(backup set)를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. Spark gap circuit 300 includes one or more spark gap pads 306. In the exemplary embodiment of the spark gap circuit 300 shown in FIG. 3, the spark gap pads 306 are generally triangular in shape and are formed as an integral part of the ground plane 304. Since the spark gap pads 306 are formed as an integral part of the ground plane 304, the shunt capacitance of the spark gap pads 306 is very small and transparent for operating frequencies up to about 4 Hz. Do. In addition, the vertex of each of the generally triangular spark gap pads 306 is oriented to point to the general direction of the signal input conductor 302. It may be desirable to provide a backup set of spark gap pads to extend the life of the spark gap circuit 300 as compared to using a single set of spark gap pads.

본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자들은 신호 입력 도전체(302)에 대하여 전류 밀도가 실질적으로 높은 지점에 스파크 갭 패드들(306)을 배치함으로써 바람직한 결과들이 얻어질 수 있음을 알 것이다. 이러한 위치는 개별 시스템 설계 고려사항들에 따라 달라질 수 있다. 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자들은 스파크 갭 패드들(306)의 정확한 크기 및 형상을 설계하기 위해 광범위하게 다양한 기준들이 이용될 수 있음을 알 것이다. 그러한 설계 표준의 예는, 신호 입력 도전체(302)와 접지면(304) 사이의 밀리미터 간격당 30볼트의 공기 방전값(air discharge value)을 가정하는 것이다. 예시적인 실시예에서, 신호 입력 도전체(302)는 접지면(304)으로부터 약 4㎜에 위치된다. 그러한 실시예에서, 스파크 갭 회로(300)는 약 120볼트의 활성화 전압을 가질 것이다. 즉, 약 120볼트의 임계 전압을 초과하는 ESD 펄스는 스파크 갭 패드들(306)을 통해 접지면(304)으로 방전될 것이다.Those skilled in the art will appreciate that the desired results can be obtained by placing the spark gap pads 306 at a point where the current density is substantially high relative to the signal input conductor 302. This location may vary depending on individual system design considerations. Those skilled in the art will appreciate that a wide variety of criteria may be used to design the exact size and shape of the spark gap pads 306. An example of such a design standard is to assume an air discharge value of 30 volts per millimeter spacing between signal input conductor 302 and ground plane 304. In an exemplary embodiment, the signal input conductor 302 is located about 4 mm from the ground plane 304. In such embodiments, the spark gap circuit 300 will have an activation voltage of about 120 volts. In other words, an ESD pulse above the threshold voltage of about 120 volts will be discharged to the ground plane 304 through the spark gap pads 306.

본 기술분야에 통상의 지식을 가진 자들은 인쇄 회로 기판 상에서 신호 입력 도전체(302)와 스파크 갭 패드들(306) 간의 대체적인 영역(general area)에 솔더 마스크가 없는 것이 바람직함을 알 것이다. 도 3에 도시된 예시적인 실시예에서, 솔더 마스크 네거티브 라인(308)(점선으로 도시됨)에 의해 둘러싸인 영역에는 솔더 마스크가 없다.Those skilled in the art will appreciate that there is no solder mask in the general area between the signal input conductor 302 and the spark gap pads 306 on the printed circuit board. In the exemplary embodiment shown in FIG. 3, there is no solder mask in the area surrounded by the solder mask negative line 308 (shown in dashed lines).

도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 ESD 보호 회로를 구성하는 데에 있어서 유용한 고역 통과 사분의 일 파장 변환기의 개략적인 회로도이다. 도 4에 도시된 예시적인 고역 통과 사분의 일 파장 변환기는 개괄적으로 참조 번호 400으로 참조된다. 위에서 제시된 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 ESD 보호 회로는 고역 통과 사분의 일 파장 변환기(400)와 같은 고역 통과 사분의 일 파장 변환기와 직렬로, 스파크 갭 회로(300, 도 3)와 같은 스파크 갭 회로를 포함한다. 4 is a schematic circuit diagram of a high pass quarter wave converter useful in constructing an ESD protection circuit in accordance with an exemplary embodiment of the present invention. The exemplary high pass quarter wave converter shown in FIG. 4 is generally referred to by reference numeral 400. As set forth above, an ESD protection circuit in accordance with an exemplary embodiment of the present invention is in series with a high pass quarter wave converter, such as a high pass quarter wave converter 400, in a spark gap circuit 300 (FIG. 3). And spark gap circuitry.

예시적인 고역 통과 사분의 일 파장 변환기(400)는 도 4에 도시된 바와 같이 (정전용량성 요소(402)의 제1 단자에 접속된) 제1 유도성 요소(404)에 병렬로, 그리고 (정전용량성 요소(402)의 제2 단자에 접속된) 제2 유도성 요소(406)에 병렬로 접속하는 정전용량성 요소(402)를 포함한다. 본 기술분야에 통상의 지식을 가진 자들은 이하의 수학식들이 정전용량성 요소(402), 제1 유도성 요소(404) 및 제2 유도성 요소(406)를 위한 값들을 선택하는 데에 유용할 수 있음을 알 것이다.An exemplary high pass quarter wave converter 400 is in parallel with the first inductive element 404 (connected to the first terminal of the capacitive element 402), as shown in FIG. 4, and ( A capacitive element 402 connected in parallel to a second inductive element 406 (connected to a second terminal of the capacitive element 402). Those skilled in the art will appreciate that the following equations are useful for selecting values for the capacitive element 402, the first inductive element 404 and the second inductive element 406. You will know that you can.

여기에서, L은 제1 유도성 요소(404) 및 제2 유도성 요소(406)의 인덕턴스이고, Zo는 고역 통과 사분의 일 파장 변환기(400)의 특성 임피던스이며, Fo는 중심 주파수이고;Where L is the inductance of the first inductive element 404 and the second inductive element 406, Zo is the characteristic impedance of the high pass quarter wave converter 400, and Fo is the center frequency;

여기에서, C는 정전용량성 요소(402)의 정전용량이고, F_o는 중심 주파수이고, Z_o는 고역 통과 사분의 일 파장 변환기(400)의 특성 임피던스이다. 본 기술분야에 통상의 지식을 가진 자들은 정전용량성 요소(402), 제1 유도성 요소(404) 및 제2 유도성 요소(406)의 특성 임피던스가 이하의 수학식을 이용하여 계산될 수 있음을 알 것이다: Where C is the capacitance of the capacitive element 402, F _o is the center frequency, and Z _o is the characteristic impedance of the high pass one-quarter wavelength converter 400. Those skilled in the art will appreciate that the characteristic impedance of the capacitive element 402, the first inductive element 404 and the second inductive element 406 can be calculated using the following equation: You will notice:

여기에서, Zs는 소스 임피던스이고, Zl은 부하 임피던스이다.Where Zs is the source impedance and Zl is the load impedance.

고역 통과 사분의 일 파장 변환기(400)의 특성들은 그 변환기를 ESD 스트라이크(strike)를 완화하는 데에 유용하게 한다. 예를 들어, 제1 유도성 요소(404) 및 제2 유도성 요소(406)는 각각, 고역 통과 사분의 일 파장 변환기(400)가 더 많은 ESD 에너지를 접지면(304, 도 3)으로 전달하는 것을 허용하기 위해, 더 낮은 임피던스를 갖는 션트 유도성 요소들로서 기능한다. 또한, 본 발명의 예시적인 실시예에서의 정전용량성 요소(402)는 보호되고 있는 ESD 민감 RF 장치(210, 도 2)에 고 임피던스 직렬 경로를 제공하기 위해 작은 값을 갖는다. 정전용량성 요소(402)의 높은 임피던스는 더 많은 ESD 에너지가 제1 유도성 요소(404) 및 제2 유도성 요소(406)를 통해 접지면(304)(도 3)으로 션트되게 한다.The characteristics of the high pass quarter wave converter 400 make it useful for mitigating ESD strikes. For example, the first inductive element 404 and the second inductive element 406 each have a high pass quarter wave converter 400 delivering more ESD energy to the ground plane 304 (FIG. 3). To allow it to function, it functions as shunt inductive elements with lower impedance. In addition, the capacitive element 402 in the exemplary embodiment of the present invention has a small value to provide a high impedance series path to the ESD sensitive RF device 210 (FIG. 2) being protected. The high impedance of the capacitive element 402 causes more ESD energy to shunt through the first inductive element 404 and the second inductive element 406 to the ground plane 304 (FIG. 3).

본 발명의 예시적인 실시예에서, 고역 통과 사분의 일 파장 변환기(400)는 고역 통과 사분의 일 파장 변환기(400)에 의해 수신되는 에너지의 대부분이 소스로 다시 반사되도록 비교적 좁은 대역폭을 갖는 단일 스테이지(single stage) 변환기이다. 본 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자들은, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 고역 통과 사분의 일 파장 변환기 구조가 바람직하게는 변환기의 출력에서 발생하는 마이너스 90도 위상을 이용함을 알 것이다. 이러한 방식으로, ESD 펄스로부터의 ESD 에너지가 신호 입력 도전체(302, 도 3)로부터 대부분 제거되며, 접지면(304, 도 3)을 통해 리턴된다.In an exemplary embodiment of the invention, the high pass quarter wave converter 400 has a single stage having a relatively narrow bandwidth such that most of the energy received by the high pass quarter wave converter 400 is reflected back to the source. (single stage) converter. Those skilled in the art will appreciate that the high pass quarter wave converter structure according to an exemplary embodiment of the present invention preferably utilizes a negative 90 degree phase occurring at the output of the converter. In this way, most of the ESD energy from the ESD pulses is removed from the signal input conductor 302 (FIG. 3) and returned through the ground plane 304 (FIG. 3).

본 발명의 예시적인 실시예에 따라 ESD 보호 회로 내에 고역 통과 사분의 일 파장 변환기를 이용하는 것은, 실제 소스 임피던스로부터 실제 부하 임피던스로의 정합(matching)을 제공한다. 또한, 사분의 일 파장의 홀수 정수배에서만 최대 전력 전달이 발생하기 때문에, 소스 및 부하 임피던스로부터의 무손실 RF 고립(isolation)을 위하여 사분의 일 파장 변환기가 이용된다. 본 발명의 예시적인 실시예에서, ESD 보호 회로(200, 도 2)와 보호되고 있는 ESD 민감 RF 장치(210, 도 2) 사이에 고립이 제공된다. 또한, 고역 통과 사분의 일 파장 변환기(208)는 VSWR(voltage standing wave ratio)을 희생하지 않고서 광대역 에너지로부터의 고립을 제공한다. 고역 통과 사분의 일 파장 변환기(208)에 의해 제공되는 광대역 에너지로부터의 고립은 부분적으로는 ESD 펄스의 퓨리에 변환의 특성들에 관련된다. 본 기술분야에 통상의 지식을 가진 자들은 ESD 펄스의 신호 파형이 지수함수형 붕괴(exponential decay)와 유사함을 알 것이다. 또한, 본 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자들은 지수함수형 붕괴를 갖는 퓨리에 변환이 스펙트럼에 걸친 매우 광대역(very broadband)인 에너지와 유사함을 알 것이다.Using a high pass quarter wave converter in an ESD protection circuit in accordance with an exemplary embodiment of the present invention provides a matching from the actual source impedance to the actual load impedance. In addition, a quarter wave converter is used for lossless RF isolation from source and load impedance, since maximum power transfer occurs only at an odd integer multiple of one quarter wavelength. In an exemplary embodiment of the invention, isolation is provided between the ESD protection circuit 200 (FIG. 2) and the ESD sensitive RF device 210 (FIG. 2) being protected. The high pass quarter wave converter 208 also provides isolation from broadband energy without sacrificing voltage standing wave ratio (VSWR). The isolation from the broadband energy provided by the high pass quarter wave converter 208 is related in part to the characteristics of the Fourier transform of the ESD pulse. Those skilled in the art will appreciate that the signal waveform of an ESD pulse is similar to exponential decay. Furthermore, those of ordinary skill in the art will appreciate that Fourier transforms with exponential decay are similar to very broadband energy across the spectrum.

도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 ESD 보호 회로(200, 도 2)와 같은 ESD 보호 회로를 구성하는 방법의 프로세스 흐름도이다. 프로세스는 개괄적으로 참조 번호 500으로 참조된다. 블록(502)에서 프로세스가 시작한다.5 is a process flow diagram of a method of configuring an ESD protection circuit, such as an ESD protection circuit 200 (FIG. 2), in accordance with an exemplary embodiment of the present invention. The process is generally referred to by reference number 500. In block 502 the process begins.

위에서 설명된 바와 같이, 프로세스(500)로부터 생겨나는 ESD 보호 회로는 신호 입력 도전체(302, 도 3)를 갖는 전자 장치(100, 도 1)에서의 이용을 위해 적응된다. 블록(504)에서, 스파크 갭(204, 도 2)과 같은 스파크 갭이 제공된다. 블록(506)에서, 스파크 갭은 고역 통과 사분의 일 파장 변환기(208, 도 2)와 같은 고역 통과 사분의 일 파장 변환기에 직렬로 접속된다. 결과적인 ESD 보호 회로는 ESD 펄스를 스파크 갭(204, 도 2) 및/또는 고역 통과 사분의 일 파장 변환기(208, 도 2)를 통해 신호 입력 도전체(302, 도 3)로부터 접지면(304, 도 3)으로 방전시키도록 적응된다. 블록(508)에서, 프로세스가 종료한다.As described above, the ESD protection circuit resulting from the process 500 is adapted for use in the electronic device 100 (FIG. 1) with the signal input conductor 302 (FIG. 3). At block 504, a spark gap, such as spark gap 204 (FIG. 2), is provided. At block 506, the spark gap is connected in series to a high pass quarter wave converter, such as high pass quarter wave converter 208 (FIG. 2). The resulting ESD protection circuitry transfers the ESD pulse from the signal input conductor 302 (FIG. 3) to the ground plane 304 through the spark gap 204 (FIG. 2) and / or the high pass quarter wave converter 208 (FIG. 2). 3). At block 508, the process ends.

본 발명이 다양한 수정 및 대안적인 형태들을 허용할 수 있긴 하지만, 구체적인 실시예들이 도면에서 예시로서 도시되었고 여기에 상세하게 기술될 것이다. 그러나, 본 발명은 개시된 특정한 형태들로 제한되도록 의도된 것이 아님을 이해해야 한다. 오히려, 본 발명은 이하의 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 것과 같은 본 발명의 취지 및 범위 내에 드는 모든 수정, 등가물 및 대안들을 포함하여야 한다.Although the present invention may allow various modifications and alternative forms, specific embodiments have been shown by way of example in the drawings and will be described in detail herein. However, it should be understood that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed. Rather, the invention is to embrace all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims below.

Claims

As the electronic device 100,
An electronic component 106 having a signal input conductor 302; And
Electrostatic discharge (ESD) protection circuit 200 comprising a spark gap 204 in series with a high pass quarter wave transformer 208.
Including,
The ESD protection circuit 200 discharges an ESD pulse from the signal input conductor 302 to ground plane 304 via the spark gap 204 and / or the high pass quarter wave converter 208. Electronic device 100.

The method of claim 1,
An electronic device (100) comprising a low capacitance ESD element (206) connected in parallel with the spark gap (204) and the high pass quarter wave converter (208).

The method of claim 1,
The spark gap 204 is at least one spark gap that allows spark to discharge the ESD pulse from the signal input conductor 302 to the ground plane 304 when the ESD pulse reaches a voltage threshold. Electronic device 100 comprising a pad 306.

The method of claim 3,
The at least one spark gap pad 306 includes a generally triangular portion of the ground plane 304, and the vertex of the at least one spark gap pad 306 is the signal input conductor 302. Electronic device 100 oriented to point to the general direction of the < RTI ID = 0.0 >

The method of claim 3,
The path between the at least one spark gap pad (306) and the signal input conductor (302) has no solder mask.

The method of claim 3,
The at least one spark gap pad (306) is located at a point where the current density is substantially higher with respect to the signal input conductor (302).

The method of claim 3,
The at least one spark gap pad (306) includes a second spark gap pad (306) that serves as a back-up to the at least one spark gap pad (306).

The method of claim 1,
The high pass quarter wave converter 208 is connected to the capacitive element 402 in parallel with the capacitive element 402, via a first terminal of the capacitive element 402. Electronic device 100 including a conductive element 404 and a second inductive element 406 connected in parallel with the capacitive element 402 via a second terminal of the capacitive element 402. .

The method of claim 1,
The high pass quarter wave converter (208) comprises a single stage converter.

The method of claim 1,
The electronic device (100) comprises an automotive radio.

A method (500) of constructing an electrostatic discharge (ESD) protection circuit 200 for use in an electronic component 106 having a signal input conductor 302,
Providing 504 a spark gap 204; And
Connecting the spark gap 204 in series with a high pass quarter wave converter 208 (506)-wherein the ESD protection circuit 200 has the spark gap 204 and / or one high pass quarter Discharge an ESD pulse from the signal input conductor 302 of the electronic component 106 to a ground plane 304 via a wavelength converter 208-
How to include.

The method of claim 11,
Connecting a low capacitance ESD element (206) in parallel with the spark gap (204) and the high pass quarter wave converter (208).

The method of claim 1,
The spark gap 204 is at least one spark gap that allows spark to discharge the ESD pulse from the signal input conductor 302 to the ground plane 304 when the ESD pulse reaches a voltage threshold. A method comprising a pad (306).

The method of claim 13,
The at least one spark gap pad 306 includes a generally triangular portion of the ground plane 304, and a vertex of the at least one spark gap pad 306 is substituted for the signal input conductor 302. Oriented to point in a positive direction.

The method of claim 13,
No solder mask in the path between the at least one spark gap pad (306) and the signal input conductor (302).

The method of claim 13,
The at least one spark gap pad (306) is located at a point where the current density is substantially high relative to the signal input conductor (302).

The method of claim 13,
The at least one spark gap pad (306) includes a second spark gap pad (306) that serves as a backup to the at least one spark gap pad (306).

The method of claim 11,
The high pass quarter wave converter 208 is connected to the capacitive element 402 in parallel with the capacitive element 402, via a first terminal of the capacitive element 402. And a second inductive element (406) connected in parallel with the capacitive element (402) through a second element of the capacitive element (402).

The method of claim 11,
The high pass quarter wave converter (208) comprises a single stage converter.

An electrostatic discharge (ESD) protection circuit that protects an electronic component 106 having a signal input conductor 302,
Spark gap 204; And
A high pass quarter wave converter 208 connected in series with the spark gap 204
Including,
The ESD protection circuit 200 is connected to the ground plane 304 from the signal input conductor 302 of the electronic component 106 via the spark gap 204 and / or the high pass quarter wave converter 208. ESD protection circuit to discharge ESD pulses.