多層壓敏電阻陣列的濾波連接器設(shè)計

　　“連接器對于電子設(shè)備沒有什么貢獻”是一個陳舊的和有爭議的說法，寫出來后引起了一些爭論，但現(xiàn)在毫無疑問已經(jīng)是過時和錯誤的！目前單個的連接器，能對抗連續(xù)的或瞬態(tài)的噪聲實現(xiàn)設(shè)備保護功能。當(dāng)然，隨即而來的就是費用問題。加上濾波功能，一個10美元的連接器就成為一個100美元的連接器。加上防電壓尖峰功能，你就需要面對1000美元的連接器了。

　　幸運的是，近來的革新已經(jīng)改變了這個令人困惑的局面。多層平面陣列的濾波式電容器，現(xiàn)在可實現(xiàn)如瞬態(tài)保護的功能。采用多層壓敏電阻平面陣列起瞬態(tài)保護的濾波連接器為產(chǎn)品設(shè)計提供了一個可選方案。

　　壓敏電阻

　　壓敏電阻就是可變電阻。在較低的應(yīng)用電壓時，壓敏電阻充當(dāng)一個傳統(tǒng)的高阻值電阻并服從歐姆定律，當(dāng)超過一定的閾值電壓后，該器件變得高度導(dǎo)電，在高電壓時表現(xiàn)出低的阻抗。當(dāng)壓敏電阻導(dǎo)電時，它鉗位外加電壓到指定的最大值，該值是設(shè)備可以承受的。憑借這些特性，壓敏電阻在電子產(chǎn)品中得到應(yīng)用，保護電路遠(yuǎn)離瞬間過電壓。在低電壓時，壓敏電阻類似于一個陶瓷電容器，正因為如此，它可以當(dāng)作處理連續(xù)噪聲的濾波器的一部分。那么，為什么壓敏電阻器不經(jīng)常使用在濾波應(yīng)用中，使他們能夠完成雙重角色——即連續(xù)噪聲衰減和瞬態(tài)電壓抑制器呢？

　　壓敏電阻脈沖等級

　　當(dāng)把壓敏電阻器用作濾波應(yīng)用時，其限制之一是：其保護功能降級，這可能是電壓浪涌重復(fù)性沖擊的結(jié)果。

　　壓敏電阻器是由陶瓷材料制成的。多數(shù)壓敏電阻其主要成分是氧化鋅（ZnO）。同時添加了少量其它氧化物，如鉍，鈷，錳等。因此，壓敏電阻有時被稱為金屬氧化物壓敏電阻或MOVs。

　　在制造過程中，原始的陶瓷粉末進行混合、成形，然后燒制。并用金屬化來實現(xiàn)電氣連接。在陶瓷的燒制過程中，形成了多晶結(jié)構(gòu)。添加的金屬氧化物移動到結(jié)晶體的邊緣，形成半導(dǎo)電層P-N結(jié)。這意味著平均晶粒尺寸由原始粉末配方和燒制溫度來決定。當(dāng)單位晶粒邊界的外加電壓低于3.6伏特時，晶粒邊界呈現(xiàn)高的電阻性。高于上述門限后，將進行切換變成高的導(dǎo)電性。

　　壓敏電阻本身的切換電壓取決于電極間平均晶粒的數(shù)目。

　　壓敏電阻的晶體結(jié)構(gòu)沒有方向性，因此，壓敏電阻是雙極性器件。它們表現(xiàn)出的電子特性，如對稱性、尖峰電壓擊穿特性，類似于背對背齊納二極管。傳統(tǒng)的看法認(rèn)為壓敏電阻在高電流重復(fù)脈沖下會導(dǎo)致電氣性能的降級，（特別是降低了其鉗位性能，增加了它們的漏電流）。有一段時間，壓敏電阻制造商要求使用大晶粒的陶瓷成分。大晶粒尺寸使得單位面積的電極有更少的晶體邊界和電極之間有更長的電流路徑。單位面積電極上的串聯(lián)電阻相對較高，導(dǎo)致成比例地降低峰值電流的容量。

　　對在低電壓下工作的壓敏電阻表面貼裝片，要求使用精細(xì)晶粒陶瓷成分，這個需求可以在多層結(jié)構(gòu)下實現(xiàn)。當(dāng)這一目標(biāo)完成后，相對于多層結(jié)構(gòu)提供的元件表面，連接到大電極面積上的細(xì)小和均勻的晶粒使得單元元件體積內(nèi)峰值電流容量大幅的增加。

　　多層壓敏電阻器（MLVs）的電流和能量比相對于其它壓敏類型是非常穩(wěn)定的，現(xiàn)在能夠展示MLVs可以經(jīng)受住成千上萬次全額定電流峰值沖擊，而性能不降級。

[$page]　　速度與過沖

　　各種瞬態(tài)保護技術(shù)的元件制造商希望采用他們喜歡的產(chǎn)品，反應(yīng)速度、或不采用往往成為壓敏電阻考慮的問題。壓敏電阻基底材料的響應(yīng)時間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于500皮秒。

　　部分早期壓敏元件反應(yīng)時間降低的主要因素是成品封裝時引起的寄生電感。在結(jié)構(gòu)中使用了25至50毫米的引線，其表現(xiàn)出0.6nH/mm的電感，而高自感形成徑向?qū)Ь�壓敏電阻的特性。

　　現(xiàn)在，多層結(jié)構(gòu)已消除引線，一個典型的電感為1200pH量級的1206MLV芯片的響應(yīng)時間不超過1納秒。其他元件的配置，如果成為濾波電容器的結(jié)構(gòu)，對于壓敏電阻是合適的，其等效串聯(lián)電感（ESLs）應(yīng)低至30pH。這些為響應(yīng)時間下降到幾十皮秒提供了可行性。

　　壓敏電阻結(jié)構(gòu)中固有自電感（L）所造成的另一個問題是電壓過沖。由于壓敏電阻自感（