移動(dòng)電子技術(shù)的進(jìn)步使新的、功能更強(qiáng)大的便攜式銷(xiāo)售點(diǎn)（POS）設(shè)備的誕生成為可能。用戶依靠這些新設(shè)備的性能來(lái)實(shí)現(xiàn)任何地方的零售交易。最大限度地延長(zhǎng)正常運(yùn)行時(shí)間和確保高可靠性是任何零售業(yè)務(wù)（從小型商店到大型商店）的關(guān)鍵任務(wù)。

設(shè)計(jì)人員面臨的挑戰(zhàn)包括保護(hù)其產(chǎn)品免受靜電放電 （ESD） 等危害，如人為接觸和過(guò)流的影響，以及使用電源適配器時(shí)交流電源線的瞬態(tài)事件。設(shè)計(jì)人員面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)是需要開(kāi)發(fā)能夠延長(zhǎng)電池壽命并安全地加速電池再充電時(shí)間的產(chǎn)品，以便POS終端花費(fèi)最少的停運(yùn)時(shí)間。使用鋰離子電池使設(shè)計(jì)人員能夠在小型電池組中提供高能量密度，并且可以實(shí)現(xiàn)快速充電能力;但是，設(shè)計(jì)人員需要管理充電周期并監(jiān)控電池，以避免損壞電池組。

設(shè)計(jì)師面臨的第三個(gè)挑戰(zhàn)是確保他們的產(chǎn)品符合適用的標(biāo)準(zhǔn)。不遵守標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)阻止新產(chǎn)品及時(shí)推向市場(chǎng)。由于重新設(shè)計(jì)工作和重新測(cè)試導(dǎo)致產(chǎn)品延遲交付市場(chǎng)，國(guó)家認(rèn)可的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室拒絕產(chǎn)品會(huì)導(dǎo)致收入損失。

設(shè)計(jì)人員可以選擇許多元件進(jìn)行產(chǎn)品保護(hù)和問(wèn)題檢測(cè)，包括保險(xiǎn)絲、壓敏電阻、瞬態(tài)電壓抑制器、ESD抑制器和溫度檢測(cè)器。本文將為設(shè)計(jì)人員提供有關(guān) POS 終端、電源適配器和打印機(jī)模塊需要哪些保護(hù)和傳感組件的指導(dǎo)。圖 1 顯示了較舊的 POS 終端、較新的終端和電源適配器，以及可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健產(chǎn)品的保護(hù)和傳感組件列表。圖 2 說(shuō)明了 POS 終端系統(tǒng)的主要元素。

圖 1.移動(dòng) POS 設(shè)備和推薦的保護(hù)和傳感組件

圖2：移動(dòng)POS終端系統(tǒng)架構(gòu)

保護(hù)電源適配器

電源適配器連接到交流電源線;因此，電源適配器將需要交流線路保護(hù)，以防過(guò)流情況、電源線瞬變和雷擊。圖3顯示了電源適配器的電路塊和推薦的保護(hù)元件。

圖 3.電源適配器框圖，含組件建議

用于輸入保護(hù)、整流器和濾波器模塊的保護(hù)元件包括用于過(guò)流保護(hù)的保險(xiǎn)絲和用于瞬態(tài)能量保護(hù)的壓敏電阻。設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮他們的設(shè)計(jì)是否需要快速作用或慢響應(yīng)的保險(xiǎn)絲。他們需要確保保險(xiǎn)絲的額定電壓高于交流線路電壓，并且保險(xiǎn)絲的電阻足夠低，以最大限度地降低保險(xiǎn)絲的功耗。根據(jù)可用的 PC 板空間，設(shè)計(jì)人員可以在插裝式保險(xiǎn)絲、軸向引線保險(xiǎn)絲和表面貼裝保險(xiǎn)絲之間進(jìn)行選擇。

高頻轉(zhuǎn)換器和箝位模塊還需要保護(hù)，以防通過(guò)輸入模塊傳播的瞬變。對(duì)于該模塊，設(shè)計(jì)人員可以使用瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）二極管，該二極管設(shè)計(jì)用于保護(hù)敏感的電子電路。這些設(shè)備可以在皮秒內(nèi)響應(yīng)瞬變。設(shè)計(jì)人員可以選擇雙極性或單極性二極管。而且，設(shè)計(jì)人員可以在徑向引線或表面貼裝外形尺寸中使用這些元件。

輸出保護(hù)、整流器和濾波器模塊與外部外圍設(shè)備接口。肖特基二極管將針對(duì)錯(cuò)誤連接的外圍器件提供反極性保護(hù)。肖特基二極管的低正向電壓將最大限度地降低器件中的功耗，從而實(shí)現(xiàn)電源適配器的最大效率。設(shè)計(jì)人員需要確保肖特基二極管能夠支持電源適配器的最大輸出電流。

如果輸出可以為USB Type-C設(shè)備充電，那么它能夠輸出100 W。雖然 USB Type-C 設(shè)備能夠以 100 W 的高功率充電，但 USB 連接器具有密集間隔的引腳，很容易被灰塵和污垢短路。設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)監(jiān)控USB連接器中的溫升來(lái)保護(hù)USB電路免受損壞。當(dāng)連接器溫度達(dá)到100°C左右時(shí)，數(shù)字溫度指示器可以將其電阻從10 Ω增加到1 MΩ，將其電阻增加50倍。 電阻的上升將導(dǎo)致電源適配器的輸出斷電。專(zhuān)為USB連接器設(shè)計(jì)并符合USB Type-C標(biāo)準(zhǔn)的溫度指示器將保護(hù)USB連接器和輸出塊免受損壞。

保護(hù)移動(dòng)銷(xiāo)售終端

POS終端需要與零售店員和客戶持續(xù)聯(lián)系。許多零售場(chǎng)所都鋪有地毯，加上低濕度，有利于環(huán)境易受ESD的影響。圖4顯示了POS端子中的電路塊。

圖 4.帶有組件建議的 POS 接線端子圖

直流輸入模塊需要過(guò)流保護(hù)和瞬態(tài)保護(hù)。設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮使用 0402 封裝的表面貼裝保險(xiǎn)絲節(jié)省 PC 板空間。使用快速熔斷器可以在 5 秒內(nèi)響應(yīng) 200% 過(guò)電流而打開(kāi)，從而保護(hù)直流輸入塊和 POS 端子的其余部分。TVS二極管可以為直流輸入電路提供瞬變保護(hù)。表面貼裝版本有雙極性或單極性版本。表面貼裝版本可從 10/1000 μs 脈沖中安全吸收高達(dá) 1500 W 的功率。

USB C型輸入模塊需要電源適配器輸出模塊所需的溫度保護(hù)。此外，USB C型輸入模塊與外部環(huán)境接口;因此，保護(hù)該塊免受靜電放電（ESD）是必要的。設(shè)計(jì)人員可以使用帶有多達(dá)五個(gè)雙極性二極管的TVS二極管陣列來(lái)保護(hù)該電路模塊的所有部分。二極管可以吸收高達(dá)±20 kV的瞬態(tài)電壓。每個(gè)二極管的電容僅為0.2 pF左右，因此該元件對(duì)USB傳輸協(xié)議的影響可以忽略不計(jì)。

與微處理器MPU模塊接口的模塊應(yīng)具有瞬態(tài)保護(hù)，以便這些模塊和MPU保持安全。存儲(chǔ)和觸摸屏顯示模塊可以分別使用 TVS 二極管和 TVS 二極管陣列。用戶將接觸的觸摸屏特別容易受到ESD的影響。多二極管元件可以為觸摸屏電路提供完整的保護(hù)。

Wi-Fi塊也暴露在外部環(huán)境中。聚合物復(fù)合ESD抑制器是ESD保護(hù)的推薦元件。由于RF電路設(shè)計(jì)用于保持50 Ω特性輸出阻抗，因此設(shè)計(jì)人員需要使用對(duì)電路輸出特性影響不大的保護(hù)元件。聚合物ESD抑制器可防止直接接觸產(chǎn)生的±8 kV ESD瞬變，并±空氣放電引起的15 kV ESD瞬變;該元件的最大電容僅為0.12 pF。ESD抑制器的漏電流為幾納安。因此，ESD抑制器可以在不干擾GHz Wi-Fi射頻信號(hào)的情況下提供必要的保護(hù)。

雖然鋰離子電池組在緊湊型電池中具有高能量密度，但如果受到外部短路的影響，它們可能容易受到熱失控的影響。電池管理電路為電池組提供保護(hù)功能;但是，設(shè)計(jì)人員應(yīng)為電池組提供過(guò)流保護(hù)。設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮使用可復(fù)位過(guò)流保護(hù)元件，如聚合物正溫度系數(shù)（PPTC）元件。該元件的最大電阻為150 mΩ;當(dāng)電流保持在2 A以上時(shí)，電阻降至毫歐水平。過(guò)電流的跳變時(shí)間通常最大為5 s;此外，PPTC 采用節(jié)省空間的 0402 表面貼裝封裝。PPTC元件提供快速過(guò)流響應(yīng)，具有低功耗、串聯(lián)電阻，可保護(hù)鋰離子電池組。

保護(hù)打印機(jī)

POS終端的收據(jù)打印機(jī)可以是終端的組成部分，也可以是單獨(dú)的設(shè)備。在任何一種情況下，打印機(jī)都需要過(guò)流、瞬變和ESD保護(hù)。圖 5 顯示了一個(gè)示例打印機(jī)和推薦的保護(hù)組件。圖6詳細(xì)介紹了打印機(jī)電路模塊和保護(hù)特定模塊所需的組件。

圖 5.POS 打印機(jī)和推薦的保護(hù)組件

圖 6.帶有組件建議的 POS 打印機(jī)框圖

打印機(jī)有三個(gè)電路塊，直流輸入，觸摸屏顯示器和Wi-Fi塊，它們類(lèi)似于POS終端電路塊，需要類(lèi)似的保護(hù)組件。以太網(wǎng)模塊與外部電路連接，需要ESD保護(hù)。對(duì)于這種高數(shù)據(jù)速率的通信模塊，設(shè)計(jì)人員必須選擇不影響傳輸速率的保護(hù)元件。設(shè)計(jì)人員可以考慮使用多引腳TVS二極管陣列，該陣列提供±20 kV的觸點(diǎn)保護(hù)和±30 kV的空氣放電保護(hù)，同時(shí)以每條I/O線路僅2 pF的以太網(wǎng)電路加載。圖7顯示了使用Littelfuse 4通道低電容TVS二極管陣列的推薦保護(hù)方案。該元件還包括一個(gè)齊納二極管，可實(shí)現(xiàn) 150 W 和 8/20 μs 瞬態(tài)脈沖的 10 A 吸收。

圖 7.推薦的以太網(wǎng)接口保護(hù)電路使用低電容TVS二極管陣列，包括齊納二極管

打印機(jī)的USB連接器塊也與外部設(shè)備接口。因此，它也需要ESD和瞬態(tài)電壓保護(hù)。與Wi-Fi模塊一樣，ESD抑制器可以保護(hù)I/O線路，同時(shí)為電路增加最小電容。該器件的版本可以保護(hù)單個(gè)端口或兩個(gè)端口，如圖 8 所示。

圖 8.單端口和雙端口聚合物 ESD 抑制器

確保符合國(guó)家和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計(jì)人員應(yīng)了解適用于 POS 終端、打印機(jī)和電源適配器元素的標(biāo)準(zhǔn)。表1列出了產(chǎn)品必須遵守的一些重要標(biāo)準(zhǔn)，以便將其推向市場(chǎng)。這些標(biāo)準(zhǔn)包括 USB 互操作性要求、USB C 類(lèi)要求和信息技術(shù)設(shè)備的安全要求。其他重要標(biāo)準(zhǔn)包括對(duì)ESD保護(hù)和其他瞬變的存活水平的要求。存在針對(duì)鋰電池故障的保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。單獨(dú)的標(biāo)準(zhǔn)適用于連接到交流電源線的電源和充電器。

不遵守這些標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)試實(shí)驗(yàn)室拒絕POS終端。然后，設(shè)計(jì)人員將面臨昂貴的重新設(shè)計(jì)工作，測(cè)試實(shí)驗(yàn)室昂貴的重復(fù)測(cè)試，以及由于延遲引入市場(chǎng)而導(dǎo)致的收入損失。在設(shè)計(jì)周期的早期努力遵守適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)將節(jié)省大量的開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本。然后，產(chǎn)品將具有更高的質(zhì)量和更強(qiáng)大的產(chǎn)品。

表 1.適用于 POS 終端的標(biāo)準(zhǔn)

利用所有可用資源克服挑戰(zhàn)

設(shè)計(jì)人員需要采用電路保護(hù)和傳感來(lái)開(kāi)發(fā)可靠的產(chǎn)品。通過(guò)這樣做，產(chǎn)品將避免現(xiàn)場(chǎng)故障，這些故障會(huì)導(dǎo)致客戶不滿和市場(chǎng)對(duì)質(zhì)量差的看法。兩者都會(huì)影響產(chǎn)品收入。此外，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)需要了解適用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以便他們的產(chǎn)品能夠在最短的時(shí)間內(nèi)獲得國(guó)家測(cè)試實(shí)驗(yàn)室的認(rèn)證和批準(zhǔn)。使用公認(rèn)的組件，如保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可的組件，將大大減少測(cè)試實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證時(shí)間。利用現(xiàn)有資源，例如專(zhuān)門(mén)從事保護(hù)和傳感組件開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的制造商的應(yīng)用工程師，可以幫助克服設(shè)計(jì)符合行業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)大產(chǎn)品的挑戰(zhàn)。

審核編輯：郭婷