如果通過電路設計優化TVS二極管性能
發布時間:2012-12-28 責任編輯:easonxu
【導讀】保護敏感電子器件免受ESD和EMI浪湧脈衝,瞬態電壓抑製器(TVS)二極管是一種的有效低成本選擇。本文將提供TVS二極管浪湧最大抑製的PCB布局指南。同時將舉例說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器件應在進出PCB的所有位於I/O連接器上的數據和電源線上使用。使TVS器件盡量接近噪聲源,確保浪湧電壓可以在脈衝耦合到鄰近PCB導線之前被鉗位。另外,PCB應使用較短的TVS導線,減少浪湧能量的消耗。將敏感導線放在中心可避免處理過程中發生ESD。圖1提供了PCB布局建議的實例。

圖1:PCB布局建議的實例
接地選擇
若可以,保護電路應將浪湧電壓分流到參考或機殼接地,如圖2。將浪湧電壓直接分流到集成電路的信號地會引起接地反彈。用相對短和寬的接地導線減小阻抗可以改善單個接地PCB上TVS二極管的鉗位性能。

圖2: 保護電路應將浪湧電壓分流到參考或機殼接地
寄生電感
PCB布局和集成電路封裝寄生電感會引起TVS鉗位電壓發生明顯的超調。用短導線和多層分立地和電源板可以減小PCB的電感。選擇小型的表麵貼裝可以減少封裝的電感。
環路區域
減小高速數據和接地線形成的環路區域可降低輻射和射頻的影響。特別是導線較長時,緩解環路問題的一種有效方法是在PCB設計中包含一塊接地板,增大TVS器件,為集成電路之間的分離距離提供隔離。但它會增大環路區域,如圖3。

圖3: 環路區域可降低輻射和射頻的影響
器件選擇指南
雪崩TVS與二極管陣列的比較
雪崩TVS二(er)極(ji)管(guan)的(de)高(gao)浪(lang)湧(yong)額(e)定(ding)值(zhi),但(dan)是(shi)相(xiang)對(dui)較(jiao)大(da)的(de)電(dian)容(rong)使(shi)該(gai)器(qi)件(jian)更(geng)適(shi)合(he)作(zuo)為(wei)負(fu)載(zai)開(kai)關(guan)和(he)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)總(zong)線(xian)保(bao)護(hu)等(deng)應(ying)用(yong)中(zhong)的(de)首(shou)選(xuan)。相(xiang)反(fan),二(er)極(ji)管(guan)陣(zhen)列(lie)的(de)中(zhong)等(deng)浪(lang)湧(yong)額(e)定(ding)值(zhi)和(he)小(xiao)電(dian)容(rong)適(shi)合(he)於(yu)保(bao)護(hu)高(gao)速(su)數(shu)據(ju)線(xian)。雪(xue)崩(beng)TVS和二極管陣列經常相互替代,但一些電路需要仔細分析來選擇合適器件。圖4說明當存在路徑使電流通過數據線流過二極管陣列時將發生的反向驅動問題。若VDD2大於VDD1,數據線可能會為模塊1提供功率。這種情況會引起邏輯集成電路的上電問題和異常現象,如單元不帶電時模塊1中指示器燈發光。

圖4: 反向驅動問題
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)在特定應用中的優點不同。單向器件的偏置擊穿電壓為VBR,正向偏置擊穿電壓等於二極管的正向電壓(VF)。相反,雙向器件的擊穿電壓等於VBR.用(yong)於(yu)負(fu)浪(lang)湧(yong)電(dian)壓(ya)的(de)單(dan)向(xiang)器(qi)件(jian)的(de)低(di)擊(ji)穿(chuan)電(dian)壓(ya)通(tong)常(chang)是(shi)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)線(xian)和(he)單(dan)個(ge)電(dian)源(yuan)供(gong)電(dian)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)的(de)優(you)點(dian)。相(xiang)反(fan),雙(shuang)向(xiang)器(qi)件(jian)的(de)對(dui)稱(cheng)擊(ji)穿(chuan)電(dian)壓(ya)一(yi)般(ban)在(zai)差(cha)動(dong)輸(shu)入(ru)或(huo)輸(shu)出(chu)放(fang)大(da)器(qi)中(zhong)有(you)更(geng)好(hao)的(de)聲(sheng)音(yin)性(xing)能(neng),如(ru)圖(tu)5所示。

圖5: 單向和雙向雪崩TVS二極管的比較
外部和內部集成電路保護電路的比較
理想的外部TVS器qi件jian將jiang吸xi收shou浪lang湧yong脈mai衝chong的de全quan部bu能neng量liang。但dan是shi,部bu分fen浪lang湧yong電dian流liu能neng量liang可ke能neng通tong過guo集ji成cheng電dian路lu的de內nei部bu保bao護hu電dian路lu。一yi種zhong限xian製zhi電dian流liu到dao內nei部bu保bao護hu電dian路lu的de選xuan擇ze是shi使shi用yong串chuan聯lian電dian阻zu。內nei部bu保bao護hu電dian路lu很hen能neng避bi免mian組zu裝zhuang中zhong發fa生sheng的deESD故(gu)障(zhang),但(dan)是(shi),保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)的(de)尺(chi)寸(cun)相(xiang)對(dui)較(jiao)小(xiao),限(xian)製(zhi)了(le)其(qi)承(cheng)受(shou)正(zheng)常(chang)產(chan)品(pin)使(shi)用(yong)中(zhong)發(fa)生(sheng)的(de)浪(lang)湧(yong)能(neng)力(li)。二(er)極(ji)管(guan)的(de)浪(lang)湧(yong)能(neng)力(li)與(yu)其(qi)大(da)小(xiao)成(cheng)正(zheng)比(bi),而(er)且(qie)要(yao)求(qiu)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)內(nei)含(han)大(da)的(de)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)是(shi)不(bu)實(shi)際(ji)的(de)。
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