Die elektronischen Accessoires vor ESD schützen

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Die Gefahr der transienten, elektrostatischen Entladung

Die Entwicklung und Markteinführung der tragbaren Techniken verspricht seinem Nutzer, dass Datensammlung und letztlich die Gesundheit der Nutzer verbessert wird. Allerdings ist die Tatsache, dass Werables engen Hautkontakt haben, nicht nur die größte Stärke. Denn es besteht die Gefahr, dass die Geräte unweigerlich der vom Nutzer verursachten, statischen Elektrizität ausgesetzt sind, die den Geräten ohne entsprechenden Schutz Schaden zufügen. Schon eine einfache Berührung kann ausreichen, um eine transiente, elektrostatische Entladung (ESD) herbeizuführen. Alle Sensorenkreisläufe, Knöpfe, Schnittstellen zum Aufladen der Batterien und Daten-Ein- und Ausgänge stellen Wege dar, über die elektrostatische Entladungen in das Wearable-Gerät eindringen können.

Zum Glück für Wearables-Hersteller arbeiten die Anbieter Halbleiter-basierter Schutzkomponenten gegen elektrostatische Entladungen jedoch daran, die Fähigkeiten derartiger Lösungen zu verbessern. Um Wearables vor elektrostatischen Entladungen zu schützen, legt Littelfuse den Schwerpunkt auf die Entwicklung von Produkten mit den drei folgenden Eigenschaften:

• Niedrige Klemmspannung: Die integrierten Schaltkreise und Sensoren, die das Herzstück von Wearables darstellen, werden immer empfindlicher gegenüber elektrostatischen Entladungen. Um Beschädigungen zu vermeiden, müssen ESD-Schutzvorrichtung über einen niedrigeren dynamischen Widerstand und eine reduzierte Klemmspannung verfügen. Das sorgt dafür, dass lediglich eine verminderte Transientenenergie die integrierten Schaltkreise und Sensoren erreicht. Die TVS-Diodenarrays der SP3014-Baureihe von Littelfuse verfügen beispielsweise über einen dynamischen Widerstandswert von <0,1 Ω, durch den höchste Leistungsfähigkeit sichergestellt wird.

• Niedrige Kapazität: Wearables müssen nicht nur messen und Informationen speichern, sondern diese Informationen an den Nutzer beziehungsweise dessen Arzt weiterleiten. Um die Daten innerhalb kurzer Zeit übertragen zu können, werden die Übertragungsraten weiter ansteigen. Unabhängig davon, ob das drahtlos über Bluetooth oder WiFi geschieht oder über kabelgebundene Verbindungen wie USB 2.0, darf die ESD-Schutzvorrichtung die Datenübertragung nicht beeinträchtigen. Das weitere Absenken der Kapazität wird künftig ein Schwerpunkt bleiben. Die TVS-Dioden der SP3022-Baureihe von Littelfuse verfügen über Kapazitäten von 0,35 pF. Für Hochgeschwindigkeitssignale bleiben die Dioden unsichtbar.

• Kleinerer Formfaktor: Damit Wearables erfolgreich sind, muss der Nutzer sie bequem tragen können und darf sich von ihnen nicht gestört fühlen. Deshalb müssen sie äußerst klein und sehr leicht sein. Aufgrund des kleiner werdenden Formfaktors wird auch der für den ESD-Schutz zur Verfügung stehende Platz auf der Leiterplatte abnehmen. Diskrete Dioden eignen sich besonders, um Konstrukteuren hohe Flexibilität bei der Planung der Leiterplatten zu bieten. Die Baureihen SP1020 mit 30 pF und SP1021 mit 6 pF verfügen über eine 01005-Bauform. Darüber hinaus bietet die SP1012-Baureihe (siehe Bild) für Anwendungen mit einer begrenzten Anzahl an Bauteilen und geringer Größe der Schutzvorrichtung fünf bidirektionale Schutzkanäle in einem 0,94 mm x 0,61 mm Gehäuse. Littelfuse orientiert sich in Richtung diskreter ESD-Dioden an der Größe 01005, um den Platzanforderungen gerecht zu werden.

Störungen durch ESD dürfen Funktion nicht beeinträchtigen

Obwohl künftige Wearable-Techniken sicherlich die Lebensqualität von Nutzern verbessern werden, stellen sie gleichzeitig auch Herausforderungen für Konstrukteure, die nicht nur ein gutes Produktdesign kreieren, sondern auch für langfristige Zuverlässigkeit sorgen müssen. Unabhängig von der Intensität des Lebensstils der Nutzer oder der Häufigkeit, mit der die Geräte potenziell schädlichen ESD-Ereignissen ausgesetzt werden, müssen exakte Messungen gewährleistet werden. Die Hersteller von ESD-Schutzvorrichtungen arbeiten weiterhin ebenso intensiv wie die Konstrukteure tragbarer Geräte daran, Schutzlösungen für derartige Geräte zu entwickeln, die keine Störungen der Kernfunktionen verursachen.

* James Colby ist Manager Business and Technology Development in der Semiconductor Business Unit von Littelfuse.

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