حماية الزائد في معدات الاتصالات: دور ديود الحماية من الجهد الزائد (TVS)

أولاً. التهديدات الناتجة عن الجهد الزائد التي تواجه معدات الاتصالات

يتم بشكل متكرر نشر أنظمة الاتصالات الحديثة، بما في ذلك الراوترات (الموجهات) والأجهزة البصرية للإرسال والاستقبال ومفاتيح الشبكة، في بيئات معقدة تعرّضها لمختلف الظواهر الاندفاعية. وتشمل هذه التفريغ الكهروستاتيكي (ESD)، والنبضات الكهرومغناطيسية الناتجة عن البرق (LEMP)، والجهود الزائدة المتصلة عبر خطوط الطاقة. لا تؤدي هذه الاندفاعات فقط إلى مقاطعة نقل الإشارة، بل قد تُحدث أيضًا تلفًا لا يمكن إصلاحه في الدوائر المتكاملة الحساسة، مما يؤدي إلى توقف النظام واستبدال المعدات بتكاليف باهظة.

II. مبدأ التشغيل ومزايا دايودات TVS

تُعد دايودات القمع الكهربائي العابر (TVS) مكونات شبه موصلة مصممة خصيصًا لقمع الجهد العابر الزائد. يتمحور آلية عملها حول التوصيل السريع - عادةً خلال نانوثانية - بمجرد تجاوز جهد الخط العتبة المحددة لكسر الجهاز. يتم توجيه الطاقة الزائدة بعيدًا عن الدائرة المحمية وتبدد بشكل آمن، ومن ثم يتم منع الإجهاد الكهربائي المفرط.

مقارنةً بالأساليب التقليدية للحماية مثل المحولات المتغيرة أو المكثفات الخزفية، توفر ديودات TVS وقت استجابة أسرع، وتيار تسرب أقل، وتعبئة مدمجة. تجعل هذه الخصائص منها خيارًا مناسبًا بشكل خاص لحماية خطوط البيانات، ومنافذ USB، ومستقبلات الشبكة المحلية (LAN)، وموصلات HDMI، وواجهات النقل عالية السرعة الأخرى.

III. حالة الاستخدام: حماية منفذ إيثرنت RJ45

في شبكات الإيثرنت التي تبلغ سرعتها 1 غيغابت و10 غيغابت، تكون دبابيس الإشارات التفاضلية في طبقة PHY عرضة بشدة لحدوث فولتية سurge ناتجة عن الصواعق أو تقلبات الطاقة القريبة. توضع ديودات TVS بين منفذ RJ45 ورقاقة PHY لتشكل خط الدفاع الأول، حيث تقوم بفعالية بقمع التقلبات المؤقتة قبل أن تصل إلى الطبقة المنطقية الحساسة.

يُستخدم أحيانًا أجهزة TVS ذات السعة المنخفضة - والتي غالبًا ما تكون بتصنيف أقل من 1 بيكوفاراد - لضمان الحفاظ على سلامة الإشارة حتى في معدلات البيانات التي تتجاوز عدة ميغابت في الثانية أو عدة غيغابت في الثانية.

IV. حالة الاستخدام: حماية من التفريغ الكهروستاتيكي للوحدات البصرية ومنافذ الـ USB

تحتوي الوحدات البصرية مثل SFP+ أو QSFP على مُصدِّرات ليزر عالية الحساسية ودوائر تشغيلية. أثناء الصيانة أو التركيب، تتعرض هذه المنافذ لتفريغ كهروستاتيكي ناتج عن التفاعل البشري. تقوم الثنائيات المُستهلكة للجهد (TVS) المُثبتة بالتوصيل الموازي بتفريق هذه الشحنات بسرعة، مما يحمي أطراف الوحدة من التلف العازل أو الضرر الحراري.

كما أن واجهات الـ USB -المنتشرة بشكل واسع في الإلكترونيات الاستهلاكية وأنظمة التضمين- تحتاج إلى حماية متعددة الخطوط. يجب حماية كل خط للطاقة أو نقل البيانات بشكل فردي باستخدام مكونات TVS ذات سعة مكافئة منخفضة وخصائص تبديل سريعة لتلبية متطلبات كل من مواصفات الـ USB 2.0/3.0 والتحمل العالي ضد التفريغ الكهروستاتيكي.

V. معايير الاختيار والتطورات المستقبلية

يجب على المهندسين تقييم عدة معايير رئيسية عند اختيار ثنائي TVS:

جهد التقييد: يجب أن يكون أقل من تحمل الشريحة القصوى، ومع ذلك أعلى من جهد التشغيل الطبيعي;

القدرة على الذروة: تحدد سعة امتصاص الطاقة;

سعة الوصلة: عامل حاسم في تطبيقات البيانات عالية السرعة;

نوع الغلاف: اختر من بين SOD-123، SOT-23، DFN0603، إلخ، حسب كثافة اللوحة المطبوعة وتصميم التبريد.

مع الاعتماد المتزايد على تقنيات 5G، والإيثرنت في السيارات، وأنظمة الحوسبة الحافة، فإن تقنية TVS تتجه نحو مصفوفات متعددة القنوات متكاملة، وتصميمات ذات سعات منخفضة للغاية، وبنية موحدة لحماية ESD/الصواعق.

الدايودات TVS | أجهزة حماية الاتصالات | حماية زيادة التيار على المنافذ