瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)二極管性能優(yōu)化指南

　　瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)二極管是一種保護(hù)敏感電子器件免受ESD和EMI浪涌脈沖的有效低成本選擇。

　　本文將提供TVS二極管浪涌最大抑制的PCB布局指南。同時(shí)將舉例說(shuō)明在不同電路配置中如何取舍TVS二極管。

PCB布局指南

位置

　　TVS器件應(yīng)在進(jìn)出PCB的所有位于I/O連接器上的數(shù)據(jù)和電源線上使用。使TVS器件盡量接近噪聲源，確保浪涌電壓可以在脈沖耦合到鄰近PCB導(dǎo)線之前被鉗位。另外，PCB應(yīng)使用較短的TVS導(dǎo)線，減少浪涌能量的消耗。將敏感導(dǎo)線放在中心可避免處理過(guò)程中發(fā)生ESD。圖1提供了PCB布局建議的實(shí)例。

接地選擇

　若可以，保護(hù)電路應(yīng)將浪涌電壓分流到參考或機(jī)殼接地，如圖2。將浪涌電壓直接分流到集成電路的信號(hào)地會(huì)引起接地反彈。用相對(duì)短和寬的接地導(dǎo)線減小阻抗可以改善單個(gè)接地PCB上TVS二極管的鉗位性能。

寄生電感

　PCB布局和集成電路封裝寄生電感會(huì)引起TVS鉗位電壓發(fā)生明顯的超調(diào)。用短導(dǎo)線和多層分立地和電源板可以減小PCB的電感。選擇小型的表面貼裝可以減少封裝的電感。

環(huán)路區(qū)域

　減小高速數(shù)據(jù)和接地線形成的環(huán)路區(qū)域可降低輻射和射頻的影響。特別是導(dǎo)線較長(zhǎng)時(shí)，緩解環(huán)路問(wèn)題的一種有效方法是在PCB設(shè)計(jì)中包含一塊接地板，增大TVS器件，為集成電路之間的分離距離提供隔離。但它會(huì)增大環(huán)路區(qū)域，如圖3。

器件選擇指南

雪崩TVS與二極管陣列的比較

　雪崩TVS二極管的高浪涌額定值，但是相對(duì)較大的電容使該器件更適合作為負(fù)載開(kāi)關(guān)和直流電源總線保護(hù)等應(yīng)用中的首選。相反，二極管陣列的中等浪涌額定值和小電容適合于保護(hù)高速數(shù)據(jù)線。雪崩TVS和二極管陣列經(jīng)常相互替代，但一些電路需要仔細(xì)分析來(lái)選擇合適器件。圖4說(shuō)明當(dāng)存在路徑使電流通過(guò)數(shù)據(jù)線流過(guò)二極管陣列時(shí)將發(fā)生的反向驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。若VDD2大于VDD1，數(shù)據(jù)線可能會(huì)為模塊1提供功率。這種情況會(huì)引起邏輯集成電路的上電問(wèn)題和異常現(xiàn)象，如單元不帶電時(shí)模塊1中指示器燈發(fā)光。

單向和雙向雪崩TVS二極管的比較

　單向和雙向雪崩TVS二極管的不同擊穿電壓(VBR)在特定應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)不同。單向器件的偏置擊穿電壓為VBR，正向偏置擊穿電壓等于二極管的正向電壓(VF)。相反，雙向器件的擊穿電壓等于VBR.用于負(fù)浪涌電壓的單向器件的低擊穿電壓通常是直流電源線和單個(gè)電源供電集成電路的優(yōu)點(diǎn)。相反，雙向器件的對(duì)稱(chēng)擊穿電壓一般在差動(dòng)輸入或輸出放大器中有更好的聲音性能，如圖5所示。

外部和內(nèi)部集成電路保護(hù)電路的比較

　理想的外部TVS器件將吸收浪涌脈沖的全部能量。但是，部分浪涌電流能量可能通過(guò)集成電路的內(nèi)部保護(hù)電路。一種限制電流到內(nèi)部保護(hù)電路的選擇是使用串聯(lián)電阻。內(nèi)部保護(hù)電路很能避免組裝中發(fā)生的ESD故障，但是，保護(hù)器件的尺寸相對(duì)較小，限制了其承受正常產(chǎn)品使用中發(fā)生的浪涌能力。二極管的浪涌能力與其大小成正比，而且要求集成電路內(nèi)含大的保護(hù)器件是不實(shí)際的。