引言

按鈕是系統中非常基本、但往往非常必要的部分。無論是鍵盤上的字母“m”，還是戰斗機中的“彈出”按鈕，都存在發生靜電放電 (ESD) 的風險。由于按鈕經常用于人機交互，因此在系統中添加一個 ESD 保護二極管可以保護下游電路免受有害瞬變的影響。為了確保系統免受任何破壞性 ESD 沖擊，選擇正確的 ESD 保護二極管時必須考慮按鈕接口的特性。

概述

按鈕、鍵盤和側鍵常見于許多應用，包括手機、汽車和人機界面 (HMI)。這些應用具有高接觸區域，可為 ESD 進入系統提供低阻抗路徑。按鈕通常位于低速和低電壓的數據線上。由于信號速度較低，ESD 保護器件的電容不構成問題。由于這些按鈕有多種應用，因此可根據具體應用，使用具有單向或雙向極性的單通道或多通道二極管。

ESD 的原因

ESD 的來源有很多，包括打開塑料袋或在乙烯基地板上走動都會產生 ESD。這種電荷會在外露的連接器（包括按鈕、鍵盤和側鍵）上積聚并最終放電。當按鈕與外界接觸時，系統存在高壓沖擊風險。這種 ESD 沖擊或瞬態事件可能會導致系統的下游元件損壞。

按鈕是高接觸區域，經常用于人機交互，使系統易受 ESD 影響。用手指直接觸摸觸點是不可能的，但靜電放電會通過空氣間隙放電發生，并可能損壞系統。

ESD 保護要求

要保護鍵盤、按鈕和側鍵，請遵循參數列表：

• 工作電壓
  • 保護二極管的反向工作電壓 (V_RWM) 必須大于受保護系統的工作電壓。對于按鈕、鍵盤和側鍵，典型工作電壓范圍為 3.3V 至 5.5V。這意味著工作電壓大于 3.3V 至 5.5V。
• 極性
  • 可以使用一個單向或雙向二極管來保護系統。當線路上只有正電壓時，建議使用單向二極管。單向二極管還會鉗位在較低電壓以應對負 ESD 沖擊，當應用對負電壓沖擊的耐受性較低時，這是一項優勢。當存在正電壓或負電壓時，建議使用雙向二極管。
• 鉗位電壓
  • 可能有許多不同的系統在使用一個按鈕或鍵盤。這導致 ESD 二極管的鉗位電壓取決于按鈕的下游電路。如果下游元件引腳的絕對最大額定值為 12V，則為了保護器件，建議保護二極管的鉗位電壓小于或等于 12V。
• 電容
  • 鍵盤、按鈕和側鍵通常位于低頻數據線上，因此在選擇 ESD 保護器件時，電容并不那么重要。
• IEC 61000-4-2 等級
  • IEC 61000-4-2 測試標準定義了實際的 ESD 沖擊。該標準包含兩項測量：接觸放電和空氣間隙放電。接觸和空氣間隙等級越高，器件能夠承受的電壓就越高。對于按鈕、鍵盤和側鍵，建議觸點采用最低 IEC 61000-4-2 等級，即 8kV。由于空氣間隙放電是按鈕上更為突出的 ESD 形式，因此建議使用 15kV 或更高的 IEC 61000-4-2 等級。

表 1 列出了支持這些規格的器件。

系統級設計

TI 提供一系列 ESD 二極管，并提供保護鍵盤、按鈕和側鍵的選項。圖 2 顯示了實現三個 ESD 保護二極管的按鈕方框圖。二極管連接到按鈕和 ESD 敏感器件之間的每條數據線。為了正確保護系統，請在設計規則允許的情況下，將二極管放置在盡可能靠近 ESD 源（在本例中為按鈕）的位置。

對于圖 2，ESD321 用于保護下游 ESD 敏感器件。ESD321 是單向器件，能夠在正電壓方向提供保護。ESD321 的鉗位電壓為 6.8V，因此建議 ESD 敏感器件引腳的絕對最大額定電壓大于或等于 6.8V，以提供保護。

有關 ESD 保護布局的更多信息，請參閱 ESD 封裝和布局指南。

總結

鍵盤、按鈕和側鍵需要 ESD 保護，才能承受實際的 ESD 沖擊。選擇正確的保護二極管對于在高壓瞬態事件下維持系統功能和覆蓋范圍至關重要。下表列出了建議用于保護鍵盤、按鈕和側鍵的器件，點擊此處可找到更多器件。

參考資料

• 德州儀器 (TI)，系統級 ESD 保護指南
• 德州儀器 (TI)，閱讀并了解 ESD 保護數據表
• 德州儀器 (TI)，ESD 封裝和布局指南。