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瞬态电压抑制器(TVS)二极管性能优化指南

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  瞬态电压抑制器——LESD3Z5.0T1G(TVS)二极管是一种保护敏感电子器件免受ESD和EMI浪涌脉冲的有效低成本选择。

  本文将提供TVS二极管浪涌最大抑制的PCB布局指南。同时将举例说明在不同电路配置中如何取舍TVS二极管。

  TVS器件应在进出PCB的所有位于I/O连接器上的数据和电源线上使用。使TVS器件尽量接近噪声源,确保浪涌电压可以在脉冲耦合到邻近PCB导线之前被钳位。另外,PCB应使用较短的TVS导线,减少浪涌能量的消耗。将敏感导线放在中心可避免处理过程中发生ESD。图1提供了PCB布局建议的实例。

  PCB布局建议的实例

  接地选择

  若可以,保护电路应将浪涌电压分流到参考或机壳接地,如图2。将浪涌电压直接分流到集成电路的信号地会引起接地反弹。用相对短和宽的接地导线减小阻抗可以改善单个接地PCB上TVS二极管的钳位性能。

  寄生电感

  PCB布局和集成电路封装寄生电感会引起TVS钳位电压发生明显的超调。用短导线和多层分立地和电源板可以减小PCB的电感。选择小型的表面贴装可以减少封装的电感。

  环路区域

  减小高速数据和接地线形成的环路区域可降低辐射和射频的影响。特别是导线较长时,缓解环路问题的一种有效方法是在PCB设计中包含一块接地板,增大TVS器件,为集成电路之间的分离距离提供隔离。但它会增大环路区域,如图3。

  雪崩TVS二极管的高浪涌额定值,但是相对较大的电容使该器件更适合作为负载开关和直流电源总线保护等应用中的首选。相反,二极管阵列的中等浪涌额定值和小电容适合于保护高速数据线。雪崩TVS和二极管阵列经常相互替代,但一些电路需要仔细分析来选择合适器件。图4说明当存在路径使电流通过数据线流过二极管阵列时将发生的反向驱动问题。若VDD2 大于VDD1,数据线可能会为模块1提供功率。这种情况会引起逻辑集成电路的上电问题和异常现象,如单元不带电时模块1中指示器灯发光。

  单向和双向雪崩TVS二极管的不同击穿电压(VBR)在特定应用中的优点不同。单向器件的偏置击穿电压为VBR,正向偏置击穿电压等于二极管的正向电压(VF)。相反,双向器件的击穿电压等于VBR.用于负浪涌电压的单向器件的低击穿电压通常是直流电源线和单个电源供电集成电路的优点。相反,双向器件的对称击穿电压一般在差动输入或输出放大器中有更好的声音性能,如图5所示。

  外部和内部集成电路保护电路的比较

  理想的外部TVS器件将吸收浪涌脉冲的全部能量。但是,部分浪涌电流能量可能通过集成电路的内部保护电路。一种限制电流到内部保护电路的选择是使用串联电阻。内部保护电路很能避免组装中发生的ESD故障,但是,保护器件的尺寸相对较小,限制了其承受正常产品使用中发生的浪涌能力。二极管的浪涌能力与其大小成正比,而且要求集成电路内含大的保护器件是不实际的。