低谐波失真的Wi-Fi天线ESD防护方案
- 尤嘉禾／台北
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谐波失真（Harmonic Distortion)是评估无线射频信号失真情形的重要指标之一，不过由于不容易以时域（Time domain）波形判断与量化谐波失真的程度（如图1），因此实务上常针对信号进行傅立叶转换，并以频域（Frequency Domain）观点（如图2）的频谱图来做为量化及讨论谐波失真的工具。
针对带有单一或复数频率的原始信号，如果出现非预期的谐波失真，将导致整体的信号波型失真。对于像是Audio与天线等交流电气信号而言，若信号失真严重则会导致声讯音色不佳或是无线数据传输缓慢及失败等状况，因此于工程设计上需确保原始信号能在不失真的情况下顺利传递。而在众多造成交流射频信号失真的因素当中，谐波失真总是成为各个RF工程师时常面对的议题。
Wi-Fi信号与高ESD防护需求
以先进制程设计制造的高性能RF FEM/Transceiver IC，往往对于ESD的耐受能力较为有限，也因此ESD event时常是造成RF FEM/Transceiver IC功能异常甚至损坏的主因。由于External Antenna在接收射频信号的同时，也是将系统暴露在ESD高度风险的主要原因之一，也因此无可避免的会时常遭受来自外部的ESD袭击。
有监于此应用情境，许多品牌公司为降低产品售后返修率，会在Wi-Fi信号在线摆放合适的ESD保护元件来协助产品提高ESD耐受规格，也进一步提升产品可靠度以及在终端消费者心中的品牌形象。
ESD保护元件与谐波失真
由于ESD保护元件先天上的半导体特性，当高频射频信号通过ESD保护元件时无可避免的会造成一定程度的奇次谐波与偶次谐波失真，若不慎挑选谐波失真量较大的ESD保护元件，将会导致无线信号传输品质不佳的产品缺陷。因此如何保有高等级ESD防护能力的同时还能正确抑制谐波失真，俨然成为各RF工程师与EMC工程师需要共同解决的难题。
对于此应用情景与规格需求，晶焱科技已针对ESD保护元件本身，设计出量化评估二次谐波与三次谐波产生量的量测方式，并能针对各无线射频信号专用的ESD保护元件提供谐波量测数据，以系统设计的角度来协助RF设计工程师评估其Side effect，确保ESD保护元件在提供静电防护的同时亦不会对信号品质造成影响。
Amazing ESD Solution with Minimized Harmonic Distortion for Wi-Fi—AZ4B18-01BS
晶焱科技针对Wi-Fi天线应用以特别的设计制程开发出极低谐波失真的最佳化产品—AZ4B18-01BS，规格简介如下：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采用0201极小封装设计来符合穿戴式装置与手持式装置的小空间设计需求，并且为确实防护先进制程的Wi-Fi FEM/Transceiver IC免于遭受ESD破坏并通过ESD接触放电与空气放电等的严苛测试要求，AZ4B18-01BS在8kV ESD当下的箝制电压仅有20V，以极低箝制电压的特性来提供最优化的ESD防护效果。
在提供良好保护效果的同时，采用特殊设计制程的AZ4B18-01BS亦具备极低的谐波失真产生量。根据（图3）所示，AZ4B18-01BS在Wi-Fi频段的条件下仅产生极低的偶次谐波与奇次谐波，藉由此特殊设计，AZ4B18-01BS可以协助解决各RF工程师及EMC工程师之间的两难，同时提供良好的ESD保护效果以及极低的谐波失真影响。
