介绍
正确选择外部(芯片)瞬变电压抑制器(TVS)并不像以前那么简单了。集成电路(IC)特征尺寸缩小(图1),输入越来越多接触外面的世界。便携式消费设备无处不在和有更多的功能在越来越小的尺寸,需要越来越小的电视包装。同时,对带宽的需求是等值的,见证了三个流行技术:以太网,HDMI和USB(图2)。
系统级的考虑
失败的不受保护的投入
第一个约束被认为是失败的输入保护水平。希望,这将是基于传输线脉冲(TLP)或的人体模型(HBM)测试,但这通常不是这样的。如果它是未知的,无法衡量,必须作出合理的估计。
符号率
应用程序必须知道的符号率。这并不总是相同的比特率。对于复杂的调制方案,每个符号位的数量可以大得多。在一些简单的调制方案的数量可以小于1比特/符号。通常情况下,模拟所需带宽数字信号之间的符号率和符号率的一半。例如,如果一个数字协议需要一个符号率5 gsymbols / s,然后模拟带宽需要2.5 ghz和5 ghz之间根据信道噪声和其他因素。
系统保护水平要求
系统级保护的要求必须认识和理解。有一个人拖着一个巨大的区别在地毯智能手机和10 g以太网建筑物间电缆受到雷击。有标准对所有可能可用静电放电(ESD)和飙升的威胁;这些应该使用以及适用的保护装置来确定数据保护方案。
保护装置的考虑
插入损耗
任何设备添加到一个通信通道将引入额外的信号损失,通道。这些损失是由寄生的添加设备。通常,只有电容被认为是,特别是对于低电容设备,杂散电感有一个非常大的效果。测量部分,图3显示了一个比较完整的机电耦合模型,并模拟只使用部分的结电容。很明显有一个大的区别甚至远低于1 db点。
使用硅TVS二极管
硅TVS二极管已经使用了许多年的保护装置。他们可能包括一个或多个电视二极管和一个或多个转向二极管。电容可以覆盖两个数量级以上;真的有不典型,也不是一个典型的大小减少。指导二极管用于减少电容,在桥配置中,允许单向电视对称夹在一个双向的时尚。
张力腿平台特点的电视保护装置必须包括泄漏最大端口电压非常低(VRWM)和钳位电压所需的人工金属模型(HMM)保护水平必须低于失败的人体模型(HBM)芯片上的保护电压,如图4所示。增加频率和减少芯片上的保护水平,它变得更加难以满足这些标准的同时,仍满足插入损耗的大小和成本要求。
使用恢复设备
恢复设备可以是浅恢复或深的恢复类型。浅恢复设备的一个例子将是一个双极型晶体管(是)尤其是专为增强collector-emitter击穿现象崩溃。这些设备展览低电容的保护水平,非常有利于保护在1.5 v至4 v工作范围。深恢复设备通常层PNPN可控硅式结构。一个更大的“窗口”可用于外部保护装置如图5所示。
避免封闭
恢复保护的主要问题是封闭的回避。封闭可能发生如果保护装置进入恢复地区和足够的直流电流的保护线举行。最典型的,这发生在信号线上拉电阻。
图6显示了一个说明问题的。红线的操作点的轨迹是电阻R1,注意,x轴是VA -电压电阻和保护装置连接的节点。绿线是保护装置的操作点的轨迹。有三个点的轨迹相吻合:。第一个是略低于5 v之前保护装置打开和正常的最大操作点;第二个是约2.8 v,但是是不稳定的,因为总电阻是负的;最后一点是在略低于1 v和封闭点。
当瞬态事件发生时,一个大电流脉冲将流过保护装置,瞬时消失,电流保护装置将下降,直到到达点和锁存器将无法进一步下降。输入将门锁了起来,将对正常信号。走出封闭的唯一方法是暂时把VA节点低或循环系统的力量。
封闭可以避免通过适当的设计。所有需要做的是确保第二个和第三个过境点不存在通过仔细选择上拉电阻器或保护装置的电流和电压。
其他的考虑
板布局
世界上最好的保护装置不能正常履行职责如果董事会布局不是最佳。适当的板布局指南包括:1。保护在系统输入,即一般情况下,保护装置应尽可能接近任何瞬态事件可能被注入的连接器。2:。用开尔文连接以避免峰值增加,是由于寄生电感(图8)。
3所示。最小化任何耦合的机会。避免路由保护电路保护电路。与地面飞机照顾,确保正常返回电流的控制。减少循环区域以减少辐射,皮卡和电感,在任何情况下一个良好的实践。
多行保护
多行保护包越来越流行,通常为一个特定的应用程序。当然,包大电感和一般略高于同等单线包。确保这个额外的电感在应用程序预期不会有害的。部分数据表的插入损耗曲线将是有益的。如果可能的话,信号线路应该“流过”没有重大方向性变化,有助于维持适当的信号完整性。
总结
通过使用一个系统的方法,它是相对简单的选择一个最佳的保护装置对于一个给定的应用程序使用的知识系统和详细的保护要求。在大多数情况下,应用程序是众所周知的和保护设备制造商将有一个子集的设备已经为应用程序选择。这将是一个很好的起点,保护装置的选择。
引用
- 数字通信,addison - wesley, 1998年安迪•贝特曼ISBN 0-201-34301-0。
- 信号和电源完整性——简化的第二版,埃里克·Bogatin普伦蒂斯霍尔,2010年,ISBN 0-13-234979-5。
- 恢复电视和载重线分析。戴夫玫瑰,Semtech内部演示。
- TVS35-TVS技术理论和比较;可控硅和环保署与TVS二极管。戴夫玫瑰,Semtech内部应用程序。