低諧波失真的Wi-Fi天線ESD防護方案
- 尤嘉禾／台北
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諧波失真（Harmonic Distortion)是評估無線射頻訊號失真情形的重要指標之一，不過由於不容易以時域（Time domain）波形判斷與量化諧波失真的程度（如圖1），因此實務上常針對訊號進行傅立葉轉換，並以頻域（Frequency Domain）觀點（如圖2）的頻譜圖來做為量化及討論諧波失真的工具。
針對帶有單一或複數頻率的原始訊號，如果出現非預期的諧波失真，將導致整體的訊號波型失真。對於像是Audio與天線等交流電氣訊號而言，若訊號失真嚴重則會導致聲訊音色不佳或是無線資料傳輸緩慢及失敗等狀況，因此於工程設計上需確保原始訊號能在不失真的情況下順利傳遞。而在眾多造成交流射頻訊號失真的因素當中，諧波失真總是成為各個RF工程師時常面對的議題。
Wi-Fi訊號與高ESD防護需求
以先進製程設計製造的高性能RF FEM/Transceiver IC，往往對於ESD的耐受能力較為有限，也因此ESD event時常是造成RF FEM/Transceiver IC功能異常甚至損壞的主因。由於External Antenna在接收射頻訊號的同時，也是將系統暴露在ESD高度風險的主要原因之一，也因此無可避免的會時常遭受來自外部的ESD襲擊。
有鑑於此應用情境，許多品牌公司為降低產品售後返修率，會在Wi-Fi訊號線上擺放合適的ESD保護元件來協助產品提高ESD耐受規格，也進一步提升產品可靠度以及在終端消費者心中的品牌形象。
ESD保護元件與諧波失真
由於ESD保護元件先天上的半導體特性，當高頻射頻訊號通過ESD保護元件時無可避免的會造成一定程度的奇次諧波與偶次諧波失真，若不慎挑選諧波失真量較大的ESD保護元件，將會導致無線訊號傳輸品質不佳的產品缺陷。因此如何保有高等級ESD防護能力的同時還能正確抑制諧波失真，儼然成為各RF工程師與EMC工程師需要共同解決的難題。
對於此應用情景與規格需求，晶焱科技已針對ESD保護元件本身，設計出量化評估二次諧波與三次諧波產生量的量測方式，並能針對各無線射頻訊號專用的ESD保護元件提供諧波量測數據，以系統設計的角度來協助RF設計工程師評估其Side effect，確保ESD保護元件在提供靜電防護的同時亦不會對訊號品質造成影響。
Amazing ESD Solution with Minimized Harmonic Distortion for Wi-Fi—AZ4B18-01BS
晶焱科技針對Wi-Fi天線應用以特別的設計製程開發出極低諧波失真的最佳化產品—AZ4B18-01BS，規格簡介如下：1、Package : CSP0603P2US （0201）。2、Directivity : Bi-directional。3、Reverse Stand-off Voltage : 18V。4、Input Capacitance : 0.3pF。5、ESD Clamping Voltage at 8kV : 20V。6、IEC61000-4-2 System ESD : 10kV （Contact）, 15kV （Air）
AZ4B18-01BS採用0201極小封裝設計來符合穿戴式裝置與手持式裝置的小空間設計需求，並且為確實防護先進製程的Wi-Fi FEM/Transceiver IC免於遭受ESD破壞並通過ESD接觸放電與空氣放電等的嚴苛測試要求，AZ4B18-01BS在8kV ESD當下的箝制電壓僅有20V，以極低箝制電壓的特性來提供最優化的ESD防護效果。
在提供良好保護效果的同時，採用特殊設計製程的AZ4B18-01BS亦具備極低的諧波失真產生量。根據（圖3）所示，AZ4B18-01BS在Wi-Fi頻段的條件下僅產生極低的偶次諧波與奇次諧波，藉由此特殊設計，AZ4B18-01BS可以協助解決各RF工程師及EMC工程師之間的兩難，同時提供良好的ESD保護效果以及極低的諧波失真影響。
