智能手機(jī)是高度集成的便攜式電子設(shè)備，其結(jié)構(gòu)以處理器為核心驅(qū)動(dòng)多模塊協(xié)同運(yùn)作，搭載高性能芯片處理運(yùn)算任務(wù)，配合射頻模塊實(shí)現(xiàn)4G/5G與Wi-Fi通信，高像素?cái)z像頭模組支持影像記錄，高精度傳感器（如陀螺儀、GPS）提供環(huán)境感知能力，大容量電池與快充技術(shù)保障續(xù)航，觸摸屏結(jié)合多點(diǎn)觸控技術(shù)構(gòu)建人機(jī)交互界面；在日常應(yīng)用中，它深度融入生活場(chǎng)景，成為現(xiàn)代人離不開(kāi)的智能工具。

智能手機(jī)作為高度集成化的精密電子設(shè)備，其內(nèi)部元件對(duì)靜電放電（ESD）極為敏感。智能手機(jī)內(nèi)部芯片（如處理器、存儲(chǔ)器、射頻模塊）的電路線寬已縮小至納米級(jí)，靜電放電產(chǎn)生的瞬時(shí)高壓（可達(dá)數(shù)千伏）可能直接擊穿芯片的絕緣層或柵極結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致功能失效、數(shù)據(jù)丟失甚至永久性損壞。觸摸屏、攝像頭模組、麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器等外設(shè)接口在靜電沖擊下，也易出現(xiàn)觸控失靈、圖像噪點(diǎn)、音頻失真等問(wèn)題，直接影響用戶體驗(yàn)。通過(guò)防靜電涂層、接口保護(hù)電路、抗靜電包裝材料等措施，可大幅降低靜電引發(fā)的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，確保手機(jī)在復(fù)雜環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。本文基于智能手機(jī)系統(tǒng)的各模塊電路進(jìn)行分解，介紹適合智能手機(jī)系統(tǒng)的防護(hù)方案以及防護(hù)器件推薦，使該系統(tǒng)通過(guò)IEC 61000‐4‐2和IEC 61000‐4‐5標(biāo)準(zhǔn)。

智能手機(jī)框圖與可用物料匯總

圖1 智能手機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖

智能手機(jī)的核心性能由應(yīng)用處理器（AP）和基帶處理器（BP）兩大核心模塊共同驅(qū)動(dòng)，二者在架構(gòu)、功能及應(yīng)用場(chǎng)景上存在顯著差異，但需緊密協(xié)作以實(shí)現(xiàn)完整的通信與計(jì)算能力。手機(jī)電路主要由以下幾部分組成：

1. 射頻電路

負(fù)責(zé)無(wú)線信號(hào)的收發(fā)和調(diào)制解調(diào)，是手機(jī)實(shí)現(xiàn)通信功能的核心部分。它包含天線開(kāi)關(guān)、功率放大器、濾波器等模塊，處理高頻信號(hào)，完成無(wú)線信號(hào)的接收和發(fā)射。

2. 基帶處理電路（BP）

處理數(shù)字信號(hào)的核心部分，包括基帶芯片（調(diào)制解調(diào)器）和協(xié)議棧處理單元。它負(fù)責(zé)信號(hào)的編解碼及通信協(xié)議控制，確保手機(jī)能夠與基站進(jìn)行正確的通信。

3. 應(yīng)用處理器（AP）

作為主控芯片，運(yùn)行操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)協(xié)同工作。它是手機(jī)智能化的關(guān)鍵，決定了手機(jī)的運(yùn)行速度和多任務(wù)處理能力。

4. 電源管理電路

包含電源管理集成電路（PMIC）、充電模塊和電量管理單元，為各電路提供穩(wěn)定電壓并優(yōu)化功耗。它負(fù)責(zé)管理手機(jī)的電池電量，確保手機(jī)在各種使用場(chǎng)景下都能穩(wěn)定工作。

5. 外圍接口電路

整合顯示屏驅(qū)動(dòng)、攝像頭接口、傳感器控制（如陀螺儀、加速度計(jì)）、USB接口、SIM卡槽和SD卡槽等外設(shè)連接模塊。它負(fù)責(zé)手機(jī)與外部設(shè)備的連接和通信，實(shí)現(xiàn)各種擴(kuò)展功能。

6. 存儲(chǔ)器電路

包括RAM（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）和ROM（只讀存儲(chǔ)器），用于臨時(shí)存儲(chǔ)和長(zhǎng)期存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。RAM用于存儲(chǔ)當(dāng)前正在運(yùn)行的應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)，而ROM則用于存儲(chǔ)操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和用戶數(shù)據(jù)。

7. 音頻處理器電路

處理手機(jī)的聲音信號(hào)，包括接收和發(fā)射音頻信號(hào)，是實(shí)現(xiàn)手機(jī)通話和音頻播放功能的關(guān)鍵部分。

應(yīng)用方案示例

湖南靜芯為智能手機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各種接口及通信線路提供值得信賴的保護(hù)器件和應(yīng)用方案。由于手機(jī)內(nèi)部空間極為有限，小型封裝元件通過(guò)縮小占板面積，可釋放更多空間用于電池?cái)U(kuò)容、散熱模組優(yōu)化或增加功能模塊，所以在選擇接口保護(hù)器件的同時(shí)，需要考慮盡量選擇效率高尺寸小的器件。

1. KEY按鍵(BUTTON)

圖2 KEY按鍵靜電防護(hù)方案

表1 KEY按鍵可用物料匯總

2. Microphone(MIC)

圖3 Microphone靜電防護(hù)方案

表2 Microphone可用物料匯總

3. 觸摸屏(Touchscreen)

圖4 觸摸屏靜電防護(hù)方案

表3 觸摸屏可用物料匯總

4. 無(wú)線模塊

圖5 BLUE-ANT靜電防護(hù)方案

表4 BLUE-ANT可用物料匯總

5. 射頻模塊

圖6 射頻模塊靜電防護(hù)方案

表5 射頻模塊可用物料匯總

6. SIM卡接口

圖7 SIM卡接口靜電防護(hù)方案

針對(duì)SIM卡的靜電防護(hù)方案，我們提供三款防護(hù)器件，可選擇SEUC236T5V4U 、SEUC236T5V4UB或SEUC236T5V4UC作為ESD防護(hù)器件。三款器件都為集成多路ESD靜電二極管防護(hù)元件，可同時(shí)保護(hù)SIM卡的五個(gè)引腳免受靜電放電(ESD)和低等級(jí)浪涌事件的沖擊與干擾。

表6 SIM卡接口可用物料匯總

7. SD卡接口

圖8 SD卡接口靜電防護(hù)方案

由于SD卡的數(shù)據(jù)線的傳輸速率較高，我們推薦選擇低電容低鉗位電壓的集成六引腳ESD防護(hù)器件對(duì)SD卡的數(shù)據(jù)引腳與電源引腳進(jìn)行防護(hù)，型號(hào)可選擇SEUC236T5V4U 、SEUC236T5V4UB或SEUC236T5V4UC。三款型號(hào)都為低電容低鉗位電壓集成多路ESD靜電二極管防護(hù)元件，可同時(shí)保護(hù)SD卡的五個(gè)引腳免受靜電放電(ESD)和低等級(jí)浪涌事件的沖擊與干擾。

表7 SD卡接口可用物料匯總

8. USB接口

目前主流手機(jī)數(shù)據(jù)線使用的多為USB Type-C接口，支持正反插拔，具有雙向設(shè)計(jì)，使用方便，且傳輸速率和充電功率較高。許多Type-C接口已支持PD快充協(xié)議，速率最高達(dá)40Gbps，最高功率可達(dá)80W以上。下圖為USB-C的完整靜電防護(hù)方案。

圖9 USB-C接口靜電防護(hù)方案

湖南靜芯設(shè)計(jì)的SEUCS2X3V1B擁有卓越的ESD 保護(hù)特性，專為保護(hù)超高速USB 差分線路而設(shè)計(jì)，同時(shí)保持0.14pF的極低線間典型電容，確保高速差分線TX+ ,TX- ,RX+, RX-的信號(hào)完整性。SEUCS2X3V1B可對(duì)單路高速數(shù)據(jù)線進(jìn)行靜電防護(hù)，工作電壓為 3.3 V，鉗位電壓僅為5.5V，封裝為DFN0603-2L，符合IEC 61000-4-2 (ESD) 規(guī)范，在 ±15kV（空氣）和 ±15kV（接觸）下提供瞬變保護(hù)。

支持PD 3.0的USB接口可以提供高達(dá)100W的功率，則VBUS上的最大電壓可以達(dá)到20V，最大電流為5A。VBUS 引腳的安全性就需要使用工作電壓高于 20V的防護(hù)器件來(lái)保護(hù) VBUS 引腳。我們選用的是湖南靜芯的一款工作電壓為22V的瞬態(tài)轉(zhuǎn)向抑制器(TDS)，型號(hào)為ESTVS2200DRVR。TDS的工作方式與TVS二極管不同，且具有更為優(yōu)越的鉗位電壓和溫度特性。TDS不再使用傳統(tǒng)的PN結(jié)作為擊穿機(jī)制與浪涌電流泄放通路。相反，TDS采用浪涌額定金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）進(jìn)行浪涌電流泄放，以觸發(fā)電路作為主要鉗位元件。ESTVS2200DRVR器件為DFN封裝，工作電壓為22V，它具有24.6V的最小擊穿電壓和70A的峰值脈沖電流, 且符合IEC 61000-4-2 (ESD) 規(guī)范，在 ±30kV（空氣）和 ±30kV（接觸）下提供瞬變保護(hù)。

D+/D-兩個(gè)引腳是用于兼容USB 2.0接口，D+和D-引腳承載速率為480Mbps的差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)，這對(duì)差分線上的電壓在正常工作條件下可以達(dá)到 5V。推薦采用湖南靜芯旗下ESD回掃型器件SEUCS2X3V1B，該器件的工作電壓為 3.3 V，鉗位電壓為僅5.5V，結(jié)電容僅為0.14pF，封裝為DFN0603-2L，符合IEC 61000-4-2 (ESD) 規(guī)范，在 ±15kV（空氣）和 ±15kV（接觸）下提供瞬變保護(hù)。

CC/SBU引腳我們推薦使用湖南靜芯的雙向ESD靜電保護(hù)器件SEUCS2X24V1B，該器件采用超小型DFN0603-2L封裝，工作電壓為24V，鉗位電壓為5.6V，結(jié)電容僅為0.12pF， 符合IEC 61000-4-2 (ESD) 規(guī)范，在 ±15kV（空氣）和 ±15kV（接觸）下提供瞬變保護(hù)。

?表8 USB-C接口可用物料匯總

總結(jié)與結(jié)論

智能手機(jī)靜電防護(hù)是貫穿設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用全生命周期的關(guān)鍵技術(shù)，隨著手機(jī)不斷發(fā)展，電路板尺寸持續(xù)縮小，手機(jī)靜電防護(hù)的重要性愈發(fā)凸顯。通過(guò)多層次防護(hù)措施，可有效降低靜電對(duì)設(shè)備的損害風(fēng)險(xiǎn)，保障用戶體驗(yàn)，防止智能手機(jī)因無(wú)法避免的靜電干擾出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失或硬件故障等情況。

審核編輯 黃宇