完整ESD及EMI保护方案
esd防护方案
esd防护方案一、引言静电放电（ESD）是电子系统面临的主要威胁之一，它可以导致设备损坏、数据丢失，甚至系统失效。
因此，制定并实施有效的ESD防护方案对于保护电子系统的正常运行至关重要。
二、方案目标本方案的目的是通过采取一系列措施，降低或消除电子系统受到ESD威胁的风险，确保电子系统的正常运行和可靠性。
三、方案内容1. 人员培训：所有与电子系统接触的人员都应接受ESD防护培训，了解ESD产生的原因、危害及防护措施。
2. 接地措施：建立完善的接地系统，将电子设备、设施及其相关人员与ESD电流导走，避免静电积累。
3. 防静电工作区：设置防静电工作区，区域内所有设备、工具和人员都应采取防静电措施。
工作区内应铺设防静电地板，配备防静电工作台和防静电椅。
4. 防护用品：为工作人员提供防静电服、防静电鞋、防静电手套等防护用品，降低人体带电的风险。
5. 检测与监控：定期对电子系统进行ESD检测和监控，及时发现并解决潜在的ESD问题。
6. 环境控制：保持工作区域内的温度、湿度和清洁度在适宜的范围内，减少ESD产生的条件。
7. 维修与保养：对电子系统进行定期的维修与保养，确保设备性能良好，降低ESD对设备的影响。
8. 应急处理：制定ESD应急处理预案，一旦发生ESD事件，迅速启动预案，减小损失。
四、实施步骤1. 对全体员工进行ESD防护培训，提高员工的防护意识和技能。
2. 对电子系统的工作环境进行评估，确定是否需要采取防静电措施。
3. 建立完善的接地系统，确保电子设备和人员安全。
4. 配置防静电工作区，提供必要的防护用品。
5. 对电子系统进行定期的ESD检测和监控，及时发现并解决潜在问题。
6. 定期对电子系统进行维修与保养，确保设备性能良好。
7. 制定ESD应急处理预案，并进行演练，提高应对能力。
五、预期效果通过实施本方案，预期可以达到以下效果：1. 降低或消除ESD对电子系统的威胁，提高设备的可靠性和稳定性。
2. 减少因ESD导致的设备损坏、数据丢失等问题，降低维修成本和生产损失。
用于手机的高性能、微封装ESD和EMI解决方案
见 图 ３ 。
Ｐｒ ｏｄｕｃ ｏｒＭｏｂｉ ｔｆ ｌቤተ መጻሕፍቲ ባይዱＰｈｏｎｅ ｅ
Ｓ 所 推 出 的 Ｅ Ｄ 系 列 的 新 产 Ｔ ＳＡ 品 包 括 Ｌ ６ １ 、Ｖ Ｍ６ ６ １ Ｍ６等 ， Ｃ Ｖ Ｍ３ ６ ｌ 、 Ｖ— ５ 其特 点 是 高 性 能 以及 微 型 封 装，
的 影 响 尤 为 明 显 。由 于射 频 信 号 的 频 率 高达 ９ ０ ｚ以上 ， 远 高于 时 ０ ＭＨ 远
ｓ Ｔ的 电磁 干扰 解 决 方 钟 信 号 以 及 数 据 线 的 信 号 ，因 此 对 于 这 种 射 频 干 扰 ，需 要 一 种 产 品 来 案 — — ｜ＡＤ Ｐ
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阵 列 ， 将 多 个 Ｅ Ｄ保 护 二 极 管 集 它 Ｓ
成 在 一 起 ，可 以 提 供 多 达 ５线 的 数 据线保护 。
机 中 的 芯 片发 出 击 穿 ； ２可 能会 使 （）
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为便携应用选择适当集成EMI滤波及ESD保护方案
为便携应用选择适当集成EMI滤波及ESD保护方案如今的手机等便携设备的尺寸日趋小巧纤薄，同时又在集成越来越多的新功能或新特性，如大尺寸显示屏、高辨别率相机模块、高速数据接口、互联网接入、电视接收等，让便携设备的数据率准时钟频率越来越高。
这样，便携设备濒临着诸多潜在的电磁干扰(EMI)/干扰(RFI)源的风险，如开关负载、电源波动、短路、开关、雷电、、RF和、带状线缆与视频显示屏的互连准时钟信号的高频噪声等。
因此，设计人员需要针对音频插孔/耳机、端口、扬声器、键盘、麦克风、相机、显示屏互连等多个位置，为便携设备挑选适合的EMI/RFI滤波计划。
1 常见EMI/RFI类型及滤波要求对于EMI/RFI滤波器而言，从架构上看，最频繁的架构是“Pi”滤波器，顾名思义，这种架构类似于希腊字母“π”。
频繁的π型滤波器有两种，分离是C-R-C(--电容)滤波器和C-L-C(电容-电感-电容)滤波器。
其中，C-R-C滤波器(见图1a)也称RC-π型滤波器或π型RC滤波器，用于音频及低速数据滤波应用；C-L-C滤波器(见图1b)也称作LC-π型滤波器或π型LC滤波器，用于音频、低速及高速数据滤波应用。
π型滤波器还有一种扩展类型，即外形象梯子的梯形滤波器，其中最频繁的是LC(电感电容)梯形滤波器(见图1c)，这种滤波器承受更高的数据率，但在滤波元件(电感或电容)增多时，尺寸和成本会成为问题，导致物料成本更高、封装更大。
图1：常见EMI/RFI滤波器类型的结构暗示图：a) π型RC；b) π型LC；c) LC梯形。
这几种类型的EMI/RFI滤波器中，从频幅响应比较来看，π型RC滤波器的跃迁带(transition band)最宽，转折率(rolloff)最低；π型LC 滤波器的转折率较低，但跃迁带适中；梯形滤波器则能实现极高的转折率及较窄的跃迁带宽。
就EMI/RFI滤波而言，以手机应用为例，传统上的一个基准频率是800第1页共5页。
完整ESD及EMI保护方案
完整ESD及EMI保护方案对于电子产品而言，保护电路是为了防止电路中的关键敏感型器件受到过流、过压、过热等冲击的损害.保护电路的优劣对电子产品的质量和寿命至关重要。
随着消费类电子产品需求的持续增长，更要求有强固的静电放电(ESD）保护，同时还要减少不必要的电磁干扰（EMI）/射频干扰（RFI）噪声.此外,消费者希望最新款的消费电子产品可以用小尺寸设备满足越来越高的下载和带宽能力.随着设备的越来越小和融入性能的不断增加，ESD以及许多情况下的EMI/RFI抑制已无法涵盖在驱动所需接口的新一代IC当中。
另外，先进的系统级芯片（SoC)设计都是采用几何尺寸很小的工艺制造的。
为了优化功能和芯片尺寸，IC设计人员一直在不断减少其设计的功能的最小尺寸.IC尺寸的缩小导致器件更容易受到ESD电压的损害。
过去，设计人员只要选择符合IEC61000—4—2规范的一个保护产品就足够了。
因此，大多数保护产品的数据表只包括符合评级要求.由于集成电路变得越来越敏感,较新的设计都有保护元件来满足标准评级，但ESD冲击仍会形成过高的电压，有可能损坏IC。
因此，设计人员必须选择一个或几个保护产品,不仅要符合ESD脉冲要求，而且也可以将ESD冲击钳位到足够低的电压，以确保IC得到保护。
图1：美国静电放电协会（ESDA）的ESD保护要求先进技术实现强大ESD保护安森美半导体的ESD钳位性能备受业界推崇，钳位性能可从几种方法观察和量化.使用几个标准工具即可测量独立ESD保护器件或集成器件的ESD钳位能力，包括ESD保护功能。
第一个工具是ESD IEC61000—4—2 ESD脉冲响应截图,显示的是随时间推移的钳位电压响应，可以看出ESD事件中下游器件的情形。
图2:ESD钳钳位截图除了ESD钳位屏幕截图，另一种方法是测量传输线路脉冲（TLP)来评估ESD钳位性能.由于ESD事件是一个很短的瞬态脉冲，TLP可以测量电流与电压(I—V）数据，其中每个数据点都是从短方脉冲获得的.TLP I—V曲线和参数可以用来比较不同TVS器件的属性,也可用于预测电路的ESD钳位性能.图3:典型TLP I-V曲线图安森美半导体提供的高速接口ESD保护保护器件阵容有两种类型。
ESD及EMI消除
2.接地及減位
3.消除及中和靜電荷
接地或使用導電或靜電消除材料
4.屏蔽及保護
利用屏蔽級包材或容器
ESD消除材料
1.材料分類(依導電性)
導電性材料(<105) 靜電消除材料(105 ~1012) 絕緣材料(> 1012)
操作電壓,屏蔽材料厚度及導電度. 溫度,壓力,使用環境.
EMI屏蔽机理
3.屏蔽效率(Shielding Effectiveness) SE=A+R+B SE:屏蔽效率 A:吸收部分 R:反射部分 B:多重反射部分 厚壁EMI屏蔽,吸收部分占主要; 薄壁EMI屏蔽,反射部分占主要.
EMI屏蔽影響因素
外界引起 元件本身引起 電場感應引起
ESD危害
ESD使電子元件失效模式
1.毀減失效(Catastrophic Failure) 指ESD使元件金屬融化,節電脫 落,氧化造成無法使用.
2.潛在缺陷(Latent Defect)
指ESD使元件品質等級降低, 使用壽命縮短.
ESD消除對策原則
1.“免疫性”設計
1.狹縫(Slot) SE=20log(150/FL) F:發射頻率 L:狹縫長度 狹縫決定与長度而不是面積 2.貫穿(Penetration) 指一道線穿越本体表面,且端端點在 本体外,造成EMI泄漏.
EMI屏蔽設計原則
1.適當屏蔽材料 金屬材料:鋁和鋼常用 低蘋磁場常選鋼,鋁可以被穿透 塑膠材料:無線電波可穿透 2.密封缺口 防止孔洞,接縫等不連續部分產生 3.保護貫穿導線
屏蔽及保護利用屏蔽級包材或容器esd消除材料1012絕緣材料10122esd塑膠產生方式塑膠中加入抗靜電劑塑膠中加入導電性碳黑或金屬添加劑emi屏蔽?emi現象?emi屏蔽机理?emi屏蔽影響因素?emi屏蔽設計原則?塑膠材料emi屏蔽加工方式?emi規範emi現象1emielectromagneticinterference電磁波干扰2emi現象
新一代手机设计中ESD和EMI问题解决方法
新一代手机设计中ESD和EMI问题解决方法中心议题：手机ESD和EMI防护设计手机EMI抗干扰功能解决方案：全新的单线保护 ESD阵列优化PCB面积超高速数据线路保护手机EMI滤波器设计最新的无线终端产品大多数都装备了高速数据接口、高分辨率LCD屏和相机模块，甚至有些手机还安装了通过DNB连接器接收电视节目的功能。
除增加新的功能外，手机尺寸的挑战依然没有变化，手机还在向小巧、轻薄方向发展。
众多功能汇聚在一个狭小空间内，导致手机设计中的ESD和EMI问题变得更加严重。
这些问题必须在手机设计的最初阶段解决，并需要按照应用选择有效的解决办法。
ESD和EMI 防护设计的新挑战传统的ESD保护或EMI滤波功能是由分立或无源器件解决方案占主导地位，例如，防护ESD的变阻器或防护EMI的基于串联电阻和并联电容器的PI型滤波结构。
手机质量标准的提高和新型IC的高EMI敏感度促使设计人员必须提高手机的抗干扰能力，因此某些方案的技术局限性已显露出来了。
简单比较变阻器和TVS二极管的钳位电压Vcl，就可以理解传统解决方案的局限性。
变阻器的钳位电压Vcl(8/20ms@Ipp=10A 测试)显示大约40V，比TVS二极管的Vcl测量值高60%。
当必须实施IEC 61000-4-2标准时，要想实现整体系统的稳健性就不能怱视这种差别。
除这个内在的电压差问题外，在手机使用寿命期内，随着老化现象的出现，无源器件解决方案还暴露出电气特性变化的问题。
因此，TVS二极管解决方案在ESD保护市场占据很大的份额，同时集成化的硅解决方案也是EMI滤波器不可或缺的组件。
是采用单线TVS还是ESD阵列保护？关于某些充分利用ESD保护二极管的布局建议，我们通常建议尽可能把ESD二极管放置距ESD干扰源最近的地方。
最好放在I/O接口或键盘按键的侧边。
因此，在选择正确的保护方法之前必须先区分应用形式。
以键盘应用为例，因为ESD源是一个含有多个触点的大区域，最好是设计类似于单线路TVS的保护组件，围绕电路板在每个按键后放置一个ESD二极管。
手持设备的EMI.ESD侵扰和TVS防护方案
PROTEK 公司产品总代理--------中明科技有限公司 香港办事处: 香港九龙官塘成业街6号摩登倉2702室A leading TVS Supplier手持设备的EMI/ESD 侵扰和TVS 的防护方案PROTEK DEVICES （HONG KONG ）LIMITED香港中明科技有限公司 技术应用部2008年3月一.序言： --------------------------- 第2页二.瞬态电压抑制器（TVS ）的工作特性 ----------------------------第3页三. TVS 对ESD 的防护原理 -----------------------------第4页四. TVS 对EMI 的防护原理 -----------------------------第6页五. 2008年PROTEK 的发展动态 ------------------------------第8页六. EMI/ESD 防护方案(美国PROTEK---TVS ) ----------------------第11页1. SIM/UIM 卡接口ESD 防护方案 ---------------------------------第11页 1.1 使用TVS 阵列做SIM/UIM 卡接口ESD 防护方案 --------------------第11页 1.2 使用桥式电路做SIM/UIM 卡接口ESD 防护方案 --------------------第12页2. SIM/UIM 卡的EMI/ESD 防护方案 - -----------------------------第13页3. 键盘电路ESD 防护方案 ---- -------------------- ----第14页4. 侧键ESD 防护方案 - ---------------------------第16页5. 语音电路EMI/ESD 防护方案 -------------------------- ----第16页6. 语音电路ESD 防护方案 - ------------------------------第17页 7． 用户接口 (尾插) 的ESD 防护方案 --- - ----------------------------第18页 8. 电源接口的ESD 防护方案 ------------------------------- ---第20页 9. USB 接口的ESD 防护方案 ----------------------------第21页 9.1 USB1.1接口的ESD 防护方案 ------------------------------第21页 9.2 USB2.0接口的ESD 防护方案 -- ----------- --------------------第23页 9.3 USB2.0接口的ESD 防护方案 ---------------------------------第24页 10. IEEE1394串行接口的ESD 防护方案 ---------------------------------第25页 11. 彩屏LCD 驱动接口的EMI/ESD 防护方案 --------------------------------第26页 12. 存储卡接口的EMI/ESD 防护方案 --------------------------------第28页 12.1 MMC 卡接口 -----------------------------------------第28页 12.2 SD 卡 ----------------------------------------------第30页 13. 天线的浪涌冲击的防护 ------------------------------------------------第32页1PROTEK 公司产品总代理--------中明科技有限公司 香港办事处: 香港九龙官塘成业街6号摩登倉2702室A leading TVS Supplier一. 序言：手机 ，PDA.，数码相机， MP3播放器和数码摄像机等电子手持设备，持续变薄变小, 众多功能汇聚在一个狭小的空间内, 同时集成电路又采用了更先进的工艺制造, 集成电路内部氧化物的击穿电压也逐步下降, 因此IC 器件对ESD 非常敏感, 人体接触/手工操作的原因经常受到EMI/ESD 的骚扰和威胁，导致手持设备的EMI/ESD 问题变得严重。
ESD_EMI防护
EMI/ESD防护
ESD保护一般通过两种途径来实现，第一种方法是避免ESD的发生；第二种方法则是通过片内或片外集成内部保护电路或专用ESD保护器件，从而避免ESD发生后将被保护器件损坏。
1、一般而言，避免ESD的方法可分为以下几类：
Surround（包围）：静电敏感元器件都以抗静电材料包装，而在静电敏感区域人员，着静电服；
Ground（接地）：将工作环境中的人员及设备通过不同的地线接地；
Impound（排除）：排除工作区域内的非抗静电材质，此外，可对静电极为敏感工作位增加离子风扇以中和产品表面所带静电；
湿度：适宜的湿度可降低ESD发生的几率。
2、ESD保护器件
比较常用的ESD保护器件有陶瓷电容、齐纳二极管、肖特基二极管、多层变阻器（压敏电阻）、TVS（Transient V oltage Suppresse瞬态电压抑制器）。
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完整ESD及EMI保护方案
对于电子产品而言，保护电路是为了防止电路中的关键敏感型器件受到过流、过压、过热等冲击的损害。
保护电路的优劣对电子产品的质量和寿命至关重要。
随着消费类电子产品需求的持续增长，更要求有强固的静电放电(ESD)保护，同时还要减少不必要的电磁干扰(EMI)/射频干扰(RFI)噪声。
此外，消费者希望最新款的消费电子产品可以用小尺寸设备满足越来越高的下载和带宽能力。
随着设备的越来越小和融入性能的不断增加，ESD以及许多情况下的EMI/RFI抑制已无法涵盖在驱动所需接口的新一代IC当中。
另外，先进的系统级芯片(SoC)设计都是采用几何尺寸很小的工艺制造的。
为了优化功能和芯片尺寸，IC设计人员一直在不断减少其设计的功能的最小尺寸。
IC尺寸的缩小导致器件更容易受到ESD电压的损害。
过去，设计人员只要选择符合IEC61000-4-2规范的一个保护产品就足够了。
因此，大多数保
护产品的数据表只包括符合评级要求。
由于集成电路变得越来越敏感，较新的设计都有保护元件来满足标准评级，但ESD冲击仍会形成过高的电压，有可能损坏IC。
因此，设计人员必
须选择一个或几个保护产品，不仅要符合ESD脉冲要求，而且也可以将ESD冲击钳位到足够低的电压，以确保IC得到保护。
图1：美国静电放电协会(ESDA)的ESD保护要求先进技术实现强大ESD保护安森美半导体的ESD钳位性能备受业界推崇，钳位性能可从几种方法观察和量化。
使用几个标准工具即可测量独立ESD保护器件或集成器件的ESD钳位能力，包括ESD保护功能。
第一个工具是ESD IEC61000-4-2 ESD脉冲响应截图，显示的是随
时间推移的钳位电压响应，可以看出ESD事件中下游器件的情形。
图2：ESD钳钳位截图
除了ESD钳位屏幕截图，另一种方法是测量传输线路脉冲(TLP)来评估ESD钳位性能。
由于ESD事件是一个很短的瞬态脉冲，TLP可以测量电流与电压(I-V)数据，其中每个数据点都是从短方脉冲获得的。
TLP I-V曲线和参数可以用来比较不同TVS器件的属性，也可用于预测电路的ESD钳位性能。
图3：典型TLP I-V曲线图安森美半导体提供的高速接口ESD 保护保护器件阵容有两种类型。
第一类最容易实现，被称为传统设计保护。
在这种类型设计中，信号线在器件下运行。
这些器件通常是电容最低的产品。
另一类是采用
PicoGuard® XS技术的产品。
这种类型设计使用阻抗匹配(Impedance Matched)电路，可保证100 Ω的阻抗，相当于电容为零。
这类设计无需并联电感，有助于最大限度地减少封装引起的ESD电压尖峰。
图4：传统方法与PicoGuard® XS设计方法的
对比安森美半导体的保护和滤波解决方案均基于传统硅芯片工艺技术。
相比之下，其它类型的
低成本无源解决方案使用的是陶瓷、铁氧体和多层压敏电阻(MLV)组合的材料。
这类器件通常ESD钳位性能较差。
在某些情况下，传递给下游器件的能量可能比安森美半导体解决方案低一个量级。
一些采用旧有技术的产品甚至可能在小量ESD冲击后出现劣化并变得更糟。
由于其材料性质，一些无源器件往往表现出温度的不一致性，从而降低了终端系统在标准消费温度和环境温度范围内运行的可靠性。
必须兼顾其它特性ESD和EMI解决方案可防止不要的信号干扰系统的整体性能。
在系统正常运行期间，保护器件还必须保持给定接口良好的信号完整性，换言之它应该是完全“透明”的。
安森美半导体的器件适用于运行和保护当今最常用的消费类电子系统接口。
通常，使用S参数插入损耗曲线即可测量信号完整性的影响，滤波器解决方案还可以测量滤波器的响应情况，也可以用眼图测量信号完整性(尤其是高速器件)，以证明在无干扰正常运行期间器件可实现的最大数据传输速率。
安森美半导体有两个基本类型的EMI滤波器。
第一类是用于并行接口的各种阵列配置的单端低通滤波器；分为传统和通用电阻-电容(RC)版本，以及适用于高速度和功耗敏感接口的电感-电容(LC)版本。
图5：单端低通滤波器特性根据规格，每个元件都有一个通带范围。
这些器件的可截止高频范围从700 MHz至6 GHz。
第二类EMI滤波器适用于高速串行接口，功能超过了典型低通滤波器。
这类接口是具有固有噪声抑制的差分信号路径，但不会完全免疫来自外部源的共模噪声，或阻止来自辐射到系统其他部分的接口信号。
图6：共模滤波器(CMF)特性受保护的共模滤波器(pCMF)可以用来消除不必要的共模噪声，也可以防止辐射的有害共模噪声信号从高速接口进入系统的其它部分。
同时，它还可以使高速数据通道几乎不受干扰。
除了ESD冲击保护，安森美半导体还提供防止由雷击或功率交叉(power-cross)故障造成浪涌冲击的解决方案。
各种消费电子和电信/网络设备中的通用接口都是符合10/100BASE-T和1000BASE-T以太网协议的RJ45接口，其浪涌额定值往往是室内标准。
这些接口由四对差分数据线组成，每根线可传输最高250 Mbps的数据速率。
这类接口的保护需要确保横向(金属性)浪涌冲击不致损坏敏感的下游芯片（如物理层）。
这是通过线至线(每对线)连接分流保护元件(shunt protection element)来转移进入的浪涌能量实现的。
对于较低数据速率
(10/100BASE-T)的应用，安森美半导体提供了一种称为TSPD(晶闸管浪涌保护器件)的消弧(crowbar)器件组合，以及用于类似ESD保护的钳位器件。
TSPD可提供低钳位电压的优势，并具有较高的浪涌电流能力。
例如，这些器件可以满足GR-1089 10/1000 μs标准的要求，因此适合初级端或次级端的保护，也被称为“线端”保护。
TVS(瞬态抑制二极管)钳位器件支持8/20 μs脉冲的浪涌级别，通常用于第三级(tertiary)或PHY侧以捕获并安全地消除任何残余浪涌脉冲。
典型电路保护应用示例智能手机应用是一种
比较典型的保护应用，安森美半导体的解决方案包括数据滤波器、ESD保护二极管及阵列和电压保护器件等。
消费和便携式应用的USB2.0保护包括高速对、VCC和低电容ESD保护；而USB 3.0则有两个超高速对和一个高速对，以及VCC、低电容ESD保护。
eSATA 接口有两个高速对和低电容ESD保护。
图7：智能手机框图及需要保护的I/O接口(见右下侧浅蓝色背景区域)针对4至12线的摄像头和显示器的并行接口，安森美半导体有低通LC滤波器+ ESD保护器件，以及3至5个高速串行通道的共模滤波器+ ESD保护。
对于便携式HDMI、消费类HDMI/显示端口，可以采用四个高速对、多达6个额外接口线、低电容ESD+共模滤波器方案。
此外，安森美半导体的保护应用还包括音频(音箱/耳机)、SD接口、SIM卡、键盘EMI抑制、以太网，以及T1/E1、T3/E3和xDSL端口等，可以满足消费类电子产品对强大ESD保护及减少EMI/RFI噪声的更高要求。
应用于便携及消费应用接口的强大ESD保护及EMI滤波产品阵容安森美半导体身为全球高能效电子产品的首要硅方案供应商，在电路保护市场高居第一，为便携及无线、消费、计算机及外设、汽车及电信等市场提供丰富多样的ESD保护及EMI/RFI滤波产品。
表1和表2分别列出了安森美半导体应用于便携应用接口及消费应用接口的ESD保护及EMI滤波方案，客户可以根据实际应用需求选择适合的方案。
表1：安森美半导体便携应用接口ESD保护及EMI滤波方案表2：安森美半导体消费应用接口ESD保护及EMI滤波方案总结：安森美半导体在电路保护居于全球领袖地位，其中领先的ESD保护产品包括：业界最低电容、极低钳位电压的传统ESD 保护方案；在市场上率先推出的相当于提供零电容的PicoGuard XS保护方案；以及同样是在市场上率先推出的集成ESD保护的共模滤波器方案。
这些高集成度保护方案帮助客户保护其产品中速度越来越高的敏感芯片组，并减少电路板占用空间。