يقدم هذا المقال تحليلًا مفصلًا لدور ثنائيات الحماية المتجاوزة للجهد (TVS) في حماية واجهات أجهزة الاتصالات، بما في ذلك معايير الاختيار وتوصيات تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، ويغطي سيناريوهات شائعة مثل RJ45 و USB و CAN.
في معدات الاتصال عالية السرعة مثل الراوترات، محطات القاعدة، ومفاتيح إيثرنت، تكون المنافذ مثل RJ45 وUSB وHDMI وCAN مكشوفة للتفاعل مع المستخدم أو التوصيل الخارجي. هذه الواجهات معرّضة بشكل خاص للاضطرابات العابرة الناتجة عن زيادة الجهد بسبب الصواعق أو التوصيل الساخن أو التفريغ الكهروستاتيكي (ESD).
على الرغم من قصر مدتها (بضع نانوثوانٍ إلى ميكروثوانٍ)، فإن ارتفاعات الجهد العابرة غالبًا ما تكون ذات معدل ارتفاع حاد وذروة عالية، ويمكن أن تدمّر رقائق PHY الحساسة أو واجهات وحدة التحكم الدقيقة أو حتى تتبخر مسارات اللوحة الأم إذا لم تتم حمايتها.
ديودات TVS (автоматическая разрядка напряжения) هي أجهزة حماية شبه موصلة مصممة لتثبيت الفولتية المؤقتة عند مستويات آمنة خلال نانوثانية. وتمتاز باستجابة فائقة السرعة (<1ns)، وسعة منخفضة، وفولتية تثبيت متحكم بها بدقة.
في أنظمة الاتصالات، تُستخدم ديودات TVS عادةً لحماية أنواع الواجهات التالية:
منافذ إيثرنت RJ45: لحماية ضد التيارات الناتجة عن البرق والجهود المؤقتة المشتركة/التفاضلية
يو إس بي / إتش دي إم آي: لحماية ضد التفريغ الكهروستاتيكي والأحداث الناتجة عن التوصيل والفصل السريع
CAN / RS485: لقمع الفولتية الحثية العكسية في الأنظمة السلكية على مسافات طويلة
اختيار ديود TVS المناسب يتطلب مطابقة الخصائص الكهربائية للواجهة متطلبات الحماية. تشمل المعايير الرئيسية
|
المعلمات |
الوصف |
النطاق الموصى به |
|
الخامس RWM |
الفولتية العكسية العاملة |
≥ الفولتية العاملة للواجهة |
|
الخامس المشبك |
جهد التثبيت |
< التحمل الأقصى للـ IC |
|
ج ج |
السعة |
بضع pF إلى عشرات pF اعتمادًا على معدل البيانات |
|
أنا بي بي |
تيار النبضة الذروة |
بناءً على فئة التيار الزائد المتوقعة (على سبيل المثال: IEC 61000-4-5) |
|
ت ر |
زمن الاستجابة |
أقل من 1ns يُفضل |
IV. نصائح تصميم لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) لنشر فعال لمثبطات الجهد المؤقتة (TVS)
حتى مع وجود ديود TVS عالي الجودة، يمكن أن يُضعف التصميم السيء للكهربائطات الحماية. تشمل الإرشادات الأساسية للتصميم ما يلي:
ضع ديود TVS في أقرب مكان ممكن من الموصل الخارجي
احتفظ بالأسلاك قصيرة وتجنّب توجيهها فوق مسارات الإشارات عالية السرعة
تأكد من مسارات العودة ذات المقاومة المنخفضة، واستخدم الثقوب الواصلة (stitching vias) بشكل وافٍ
مع معدلات نقل بيانات تتجاوز 10 جيجابت في الثانية، تواجه تصميمات TVS التقليدية تنازلات بين الحماية وسلامة الإشارة. تشمل الاتجاهات المستقبلية الرئيسية:
مثبطات التداخل الكهرومغناطيسي ذات السعة المنخفضة للغاية (أقل من 0.5 بيكر فاراد) للإشارات التفاضلية عالية السرعة
مصفوفات TVS متعددة القنوات لحماية واجهات الأسلاك المتعددة مثل USB/HDMI
أجهزة حماية مدمجة مع مرشحات تصفية EMI المدمجة تكتسب شعبية
ثنائيات TVS | حماية الواجهات | مضاد زيادة التيار الكهروستاتيكي | حلول حماية الاتصالات
EN
