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平板電腦是一種集成了顯示、計(jì)算和通信功能的便攜式智能設(shè)備，采用觸控屏設(shè)計(jì)，搭載高性能處理器、大容量存儲和長效電池。它通過輕薄的機(jī)身融合了電腦的生產(chǎn)力和手機(jī)的便攜性，配備前后攝像頭、立體聲揚(yáng)聲器、多種傳感器和擴(kuò)展接口。在日常使用中，平板電腦既能滿足辦公學(xué)習(xí)中的文檔處理、視頻會議需求，又可作為娛樂設(shè)備觀看視頻、玩游戲。

平板電腦作為精密電子設(shè)備，其內(nèi)部集成了大量微小、敏感的電子元器件，如處理器、內(nèi)存、顯示屏驅(qū)動芯片等，這些元器件對靜電放電（ESD）極為敏感，靜電電壓可達(dá)數(shù)千伏甚至更高，遠(yuǎn)超電子元器件的耐受范圍。當(dāng)靜電放電發(fā)生時(shí)，瞬間的高壓可能直接擊穿芯片內(nèi)部的絕緣層或晶體管，一個(gè)微小的靜電放電就可能使平板電腦的處理器或存儲芯片失效，造成設(shè)備無法開機(jī)或數(shù)據(jù)丟失。靜電防護(hù)對于保障平板電腦的穩(wěn)定性、可靠性和使用壽命至關(guān)重要。本文基于平板電腦系統(tǒng)的各模塊電路進(jìn)行分解，介紹適合平板電腦系統(tǒng)的防護(hù)方案以及防護(hù)器件推薦，使該系統(tǒng)通過IEC 61000‐4‐2和IEC 61000‐4‐5標(biāo)準(zhǔn)。

平板電腦框圖與可用物料匯總

圖1 平板電腦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖

平板電腦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以劃分為多個(gè)功能模塊，每個(gè)模塊協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)計(jì)算、顯示、通信、存儲等功能。平板電腦硬件電路主要由以下幾部分組成：

1. 主板

核心電路板，集成所有關(guān)鍵芯片和電子元件，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理和信號傳輸。包含APU（加速處理單元）、Modem（基帶處理器 / 調(diào)制解調(diào)器）、GPU（圖形處理單元）、ISP（圖像信號處理器）。

2. 顯示屏與觸控模組

顯示屏是人機(jī)交互的主要窗口，用于顯示圖像、文字、畫面等。在液晶屏上覆蓋一層電容屏或電阻屏，可以實(shí)現(xiàn)觸摸操作。

3. 攝像頭與傳感器模組

攝像頭用于拍照、視頻通話等功能，其像素和性能影響拍攝效果。傳感器則用于檢測設(shè)備的各種狀態(tài)和環(huán)境信息，如加速度計(jì)、陀螺儀、光線傳感器等，為設(shè)備提供更多的交互方式和功能擴(kuò)展。

4. 電池管理

為平板電腦提供電力支持，其容量和續(xù)航能力直接影響設(shè)備的使用時(shí)間。

5. 音頻系統(tǒng)

通過揚(yáng)聲器播放音樂、視頻、游戲音效，提供立體聲或環(huán)繞聲體驗(yàn)。麥克風(fēng)采集語音（通話、錄音、語音助手），配合降噪算法提升清晰度。提供觸控提示音、通知鈴聲等系統(tǒng)聲音反饋。

6. 無線通信模塊

連接與通信模塊包括Wi-Fi、藍(lán)牙、移動通信（如4G/5G）等，用于實(shí)現(xiàn)設(shè)備與外部網(wǎng)絡(luò)的連接和數(shù)據(jù)傳輸，提高了使用的靈活性和效率。

7. 接口與擴(kuò)展槽

平板電腦提供了USB接口，除了充電作用外，還使得平板電腦能夠連接各種外部設(shè)備，如鍵盤、鼠標(biāo)、移動硬盤、顯示器等，實(shí)現(xiàn)文件的傳輸、外接設(shè)備的操作和大屏顯示等功能。擴(kuò)展槽是主板上用于固定擴(kuò)展卡并將其連接到系統(tǒng)總線上的插槽，是一種添加或增強(qiáng)電腦特性及功能的方法，常見的擴(kuò)展卡槽有SIM卡槽和SD卡槽。

應(yīng)用方案示例

湖南靜芯為平板電腦系統(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。

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SD卡的數(shù)據(jù)引腳與電源引腳進(jìn)行防護(hù)，型號可選擇SEUC236T5V4U 、SEUC236T5V4UB或SEUC236T5V4UC。三款型號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

目前大部分平板電腦使用的充電接口都為USB Type-C接口，有些中低端平板可能僅支持USB 2.0。除此之外，iPad 9代及更早型號使用的為蘋果專屬Lightning接口，新款iPad（如iPad 10）已全面轉(zhuǎn)向USB-C。

USB-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。

① USB 2.0接口

圖9 USB 2.0接口靜電防護(hù)方案

② USB 3.2 Gen1/Gen 2

圖10 USB 3.2 Gen1/Gen2接口靜電防護(hù)方案

VBUS引腳和兼容USB 2.0的一對差分線（D+ 和 D-）共用一片四引腳回掃型ESD防護(hù)器件SEUCS143T5V2UA進(jìn)行防護(hù)。SEUCS143T5V2UA是湖南靜芯研發(fā)的一款超低電容深回掃型2路單向帶超強(qiáng)VCC保護(hù)的ESD靜電保護(hù)器件，可適用于USB 2.0、USB 3.0、IO接口和音視頻轉(zhuǎn)換接口等接口的信號線防護(hù)。與其他的深回掃型ESD保護(hù)器件不一樣的是，SEUCS143T5V2UA共有2個(gè)IO引腳，1個(gè)超強(qiáng)VCC保護(hù)引腳，可同時(shí)保護(hù)兩條數(shù)據(jù)信號線和一條電源信號線免受過應(yīng)力事件的干擾。

新增的兩對差分線SSTX+/-和SSRX+/-共用一片六引腳回掃型ESD防護(hù)器件SEUCS2X3V1BB進(jìn)行防護(hù)， SEUCS2X3V1BB是湖南靜芯研發(fā)的一款超低電容ESD靜電保護(hù)器件，專門設(shè)計(jì)用于保護(hù)高速數(shù)據(jù)接口免受過應(yīng)力事件的影響，可適用于USB接口的高速差分信號線防護(hù)。

表9 USB 3.2 Gen1/Gen2接口可用物料匯總

③ USB 4.0/雷電3/雷電4

圖11 USB 4.0/雷電3/雷電4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-的信號完整性。SEUCS2X3V1B可對單路高速數(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，這對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10 USB 4.0/雷電3/雷電4接口可用物料匯總

總結(jié)與結(jié)論

隨著科技的發(fā)展，平板電腦的集成度越來越高，內(nèi)部元器件越來越微小、精密。這對靜電防護(hù)提出了更高的要求。通過多層次防護(hù)措施，可有效降低靜電對設(shè)備的損害風(fēng)險(xiǎn)，保障用戶體驗(yàn)，防止平板電腦因無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。

平板電腦防護(hù)完整方案