移動電子技術(shù)的進步使新的、功能更強大的便攜式銷售點（POS）設(shè)備的誕生成為可能。用戶依靠這些新設(shè)備的性能來實現(xiàn)任何地方的零售交易。最大限度地延長正常運行時間和確保高可靠性是任何零售業(yè)務(wù)（從小型商店到大型商店）的關(guān)鍵任務(wù)。

設(shè)計人員面臨的挑戰(zhàn)包括保護其產(chǎn)品免受靜電放電 （ESD） 等危害，如人為接觸和過流的影響，以及使用電源適配器時交流電源線的瞬態(tài)事件。設(shè)計人員面臨的另一個挑戰(zhàn)是需要開發(fā)能夠延長電池壽命并安全地加速電池再充電時間的產(chǎn)品，以便POS終端花費最少的停運時間。使用鋰離子電池使設(shè)計人員能夠在小型電池組中提供高能量密度，并且可以實現(xiàn)快速充電能力;但是，設(shè)計人員需要管理充電周期并監(jiān)控電池，以避免損壞電池組。

設(shè)計師面臨的第三個挑戰(zhàn)是確保他們的產(chǎn)品符合適用的標(biāo)準(zhǔn)。不遵守標(biāo)準(zhǔn)可能會阻止新產(chǎn)品及時推向市場。由于重新設(shè)計工作和重新測試導(dǎo)致產(chǎn)品延遲交付市場，國家認(rèn)可的測試實驗室拒絕產(chǎn)品會導(dǎo)致收入損失。

設(shè)計人員可以選擇許多元件進行產(chǎn)品保護和問題檢測，包括保險絲、壓敏電阻、瞬態(tài)電壓抑制器、ESD抑制器和溫度檢測器。本文將為設(shè)計人員提供有關(guān) POS 終端、電源適配器和打印機模塊需要哪些保護和傳感組件的指導(dǎo)。圖 1 顯示了較舊的 POS 終端、較新的終端和電源適配器，以及可實現(xiàn)穩(wěn)健產(chǎn)品的保護和傳感組件列表。圖 2 說明了 POS 終端系統(tǒng)的主要元素。

圖 1.移動 POS 設(shè)備和推薦的保護和傳感組件

圖2：移動POS終端系統(tǒng)架構(gòu)

保護電源適配器

電源適配器連接到交流電源線;因此，電源適配器將需要交流線路保護，以防過流情況、電源線瞬變和雷擊。圖3顯示了電源適配器的電路塊和推薦的保護元件。

圖 3.電源適配器框圖，含組件建議

用于輸入保護、整流器和濾波器模塊的保護元件包括用于過流保護的保險絲和用于瞬態(tài)能量保護的壓敏電阻。設(shè)計人員應(yīng)考慮他們的設(shè)計是否需要快速作用或慢響應(yīng)的保險絲。他們需要確保保險絲的額定電壓高于交流線路電壓，并且保險絲的電阻足夠低，以最大限度地降低保險絲的功耗。根據(jù)可用的 PC 板空間，設(shè)計人員可以在插裝式保險絲、軸向引線保險絲和表面貼裝保險絲之間進行選擇。

高頻轉(zhuǎn)換器和箝位模塊還需要保護，以防通過輸入模塊傳播的瞬變。對于該模塊，設(shè)計人員可以使用瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）二極管，該二極管設(shè)計用于保護敏感的電子電路。這些設(shè)備可以在皮秒內(nèi)響應(yīng)瞬變。設(shè)計人員可以選擇雙極性或單極性二極管。而且，設(shè)計人員可以在徑向引線或表面貼裝外形尺寸中使用這些元件。

輸出保護、整流器和濾波器模塊與外部外圍設(shè)備接口。肖特基二極管將針對錯誤連接的外圍器件提供反極性保護。肖特基二極管的低正向電壓將最大限度地降低器件中的功耗，從而實現(xiàn)電源適配器的最大效率。設(shè)計人員需要確保肖特基二極管能夠支持電源適配器的最大輸出電流。

如果輸出可以為USB Type-C設(shè)備充電，那么它能夠輸出100 W。雖然 USB Type-C 設(shè)備能夠以 100 W 的高功率充電，但 USB 連接器具有密集間隔的引腳，很容易被灰塵和污垢短路。設(shè)計人員可以通過監(jiān)控USB連接器中的溫升來保護USB電路免受損壞。當(dāng)連接器溫度達到100°C左右時，數(shù)字溫度指示器可以將其電阻從10 Ω增加到1 MΩ，將其電阻增加50倍。 電阻的上升將導(dǎo)致電源適配器的輸出斷電。專為USB連接器設(shè)計并符合USB Type-C標(biāo)準(zhǔn)的溫度指示器將保護USB連接器和輸出塊免受損壞。

保護移動銷售終端

POS終端需要與零售店員和客戶持續(xù)聯(lián)系。許多零售場所都鋪有地毯，加上低濕度，有利于環(huán)境易受ESD的影響。圖4顯示了POS端子中的電路塊。

圖 4.帶有組件建議的 POS 接線端子圖

直流輸入模塊需要過流保護和瞬態(tài)保護。設(shè)計人員應(yīng)考慮使用 0402 封裝的表面貼裝保險絲節(jié)省 PC 板空間。使用快速熔斷器可以在 5 秒內(nèi)響應(yīng) 200% 過電流而打開，從而保護直流輸入塊和 POS 端子的其余部分。TVS二極管可以為直流輸入電路提供瞬變保護。表面貼裝版本有雙極性或單極性版本。表面貼裝版本可從 10/1000 μs 脈沖中安全吸收高達 1500 W 的功率。

USB C型輸入模塊需要電源適配器輸出模塊所需的溫度保護。此外，USB C型輸入模塊與外部環(huán)境接口;因此，保護該塊免受靜電放電（ESD）是必要的。設(shè)計人員可以使用帶有多達五個雙極性二極管的TVS二極管陣列來保護該電路模塊的所有部分。二極管可以吸收高達±20 kV的瞬態(tài)電壓。每個二極管的電容僅為0.2 pF左右，因此該元件對USB傳輸協(xié)議的影響可以忽略不計。

與微處理器MPU模塊接口的模塊應(yīng)具有瞬態(tài)保護，以便這些模塊和MPU保持安全。存儲和觸摸屏顯示模塊可以分別使用 TVS 二極管和 TVS 二極管陣列。用戶將接觸的觸摸屏特別容易受到ESD的影響。多二極管元件可以為觸摸屏電路提供完整的保護。

Wi-Fi塊也暴露在外部環(huán)境中。聚合物復(fù)合ESD抑制器是ESD保護的推薦元件。由于RF電路設(shè)計用于保持50 Ω特性輸出阻抗，因此設(shè)計人員需要使用對電路輸出特性影響不大的保護元件。聚合物ESD抑制器可防止直接接觸產(chǎn)生的±8 kV ESD瞬變，并±空氣放電引起的15 kV ESD瞬變;該元件的最大電容僅為0.12 pF。ESD抑制器的漏電流為幾納安。因此，ESD抑制器可以在不干擾GHz Wi-Fi射頻信號的情況下提供必要的保護。

雖然鋰離子電池組在緊湊型電池中具有高能量密度，但如果受到外部短路的影響，它們可能容易受到熱失控的影響。電池管理電路為電池組提供保護功能;但是，設(shè)計人員應(yīng)為電池組提供過流保護。設(shè)計人員應(yīng)考慮使用可復(fù)位過流保護元件，如聚合物正溫度系數(shù)（PPTC）元件。該元件的最大電阻為150 mΩ;當(dāng)電流保持在2 A以上時，電阻降至毫歐水平。過電流的跳變時間通常最大為5 s;此外，PPTC 采用節(jié)省空間的 0402 表面貼裝封裝。PPTC元件提供快速過流響應(yīng)，具有低功耗、串聯(lián)電阻，可保護鋰離子電池組。

保護打印機

POS終端的收據(jù)打印機可以是終端的組成部分，也可以是單獨的設(shè)備。在任何一種情況下，打印機都需要過流、瞬變和ESD保護。圖 5 顯示了一個示例打印機和推薦的保護組件。圖6詳細介紹了打印機電路模塊和保護特定模塊所需的組件。

圖 5.POS 打印機和推薦的保護組件

圖 6.帶有組件建議的 POS 打印機框圖

打印機有三個電路塊，直流輸入，觸摸屏顯示器和Wi-Fi塊，它們類似于POS終端電路塊，需要類似的保護組件。以太網(wǎng)模塊與外部電路連接，需要ESD保護。對于這種高數(shù)據(jù)速率的通信模塊，設(shè)計人員必須選擇不影響傳輸速率的保護元件。設(shè)計人員可以考慮使用多引腳TVS二極管陣列，該陣列提供±20 kV的觸點保護和±30 kV的空氣放電保護，同時以每條I/O線路僅2 pF的以太網(wǎng)電路加載。圖7顯示了使用Littelfuse 4通道低電容TVS二極管陣列的推薦保護方案。該元件還包括一個齊納二極管，可實現(xiàn) 150 W 和 8/20 μs 瞬態(tài)脈沖的 10 A 吸收。

圖 7.推薦的以太網(wǎng)接口保護電路使用低電容TVS二極管陣列，包括齊納二極管

打印機的USB連接器塊也與外部設(shè)備接口。因此，它也需要ESD和瞬態(tài)電壓保護。與Wi-Fi模塊一樣，ESD抑制器可以保護I/O線路，同時為電路增加最小電容。該器件的版本可以保護單個端口或兩個端口，如圖 8 所示。

圖 8.單端口和雙端口聚合物 ESD 抑制器

確保符合國家和國際標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計人員應(yīng)了解適用于 POS 終端、打印機和電源適配器元素的標(biāo)準(zhǔn)。表1列出了產(chǎn)品必須遵守的一些重要標(biāo)準(zhǔn)，以便將其推向市場。這些標(biāo)準(zhǔn)包括 USB 互操作性要求、USB C 類要求和信息技術(shù)設(shè)備的安全要求。其他重要標(biāo)準(zhǔn)包括對ESD保護和其他瞬變的存活水平的要求。存在針對鋰電池故障的保護標(biāo)準(zhǔn)。單獨的標(biāo)準(zhǔn)適用于連接到交流電源線的電源和充電器。

不遵守這些標(biāo)準(zhǔn)可能會導(dǎo)致測試實驗室拒絕POS終端。然后，設(shè)計人員將面臨昂貴的重新設(shè)計工作，測試實驗室昂貴的重復(fù)測試，以及由于延遲引入市場而導(dǎo)致的收入損失。在設(shè)計周期的早期努力遵守適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)將節(jié)省大量的開發(fā)時間和成本。然后，產(chǎn)品將具有更高的質(zhì)量和更強大的產(chǎn)品。

表 1.適用于 POS 終端的標(biāo)準(zhǔn)

利用所有可用資源克服挑戰(zhàn)

設(shè)計人員需要采用電路保護和傳感來開發(fā)可靠的產(chǎn)品。通過這樣做，產(chǎn)品將避免現(xiàn)場故障，這些故障會導(dǎo)致客戶不滿和市場對質(zhì)量差的看法。兩者都會影響產(chǎn)品收入。此外，設(shè)計團隊需要了解適用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以便他們的產(chǎn)品能夠在最短的時間內(nèi)獲得國家測試實驗室的認(rèn)證和批準(zhǔn)。使用公認(rèn)的組件，如保險商實驗室認(rèn)可的組件，將大大減少測試實驗室認(rèn)證時間。利用現(xiàn)有資源，例如專門從事保護和傳感組件開發(fā)和應(yīng)用的制造商的應(yīng)用工程師，可以幫助克服設(shè)計符合行業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)的強大產(chǎn)品的挑戰(zhàn)。

審核編輯：郭婷