Tento článek poskytuje podrobnou analýzu role ochranných usměrňovačů napěťových špiček (TVS) při ochraně rozhraní komunikačních zařízení, včetně parametrů pro výběr a doporučení pro uspořádání plošných spojů, a zahrnuje běžné scénáře, jako jsou RJ45, USB a CAN.
U vysokorychlostních komunikačních zařízení, jako jsou směrovače, základnové stanice a ethernetové přepínače, jsou datové porty, jako RJ45, USB, HDMI a CAN, vystaveny interakci s uživatelem nebo externím kabelovým propojením. Tato rozhraní jsou zvláště náchylná k přechodným rušivým jevům způsobeným bleskem, horkým zapojením nebo elektrostatickým výbojem (ESD).
Přechodná napětí, i když krátkodobá (v řádu nanosekund až mikrosekund), často mají strmé náběžné hrany a vysoké špičkové amplitudy, které mohou zničit citlivé PHY čipy, rozhraní mikrokontrolérů nebo dokonce vypařit pájecí dráhy na desce plošných spojů, pokud nejsou chráněna.
Dioda TVS (Transient Voltage Suppression) jsou polovodičová ochranná zařízení navržená tak, aby napěťové špičky omezily na bezpečnou úroveň během několika nanosekund. Mají ultra rychlou odezvu (<1ns), nízkou kapacitu a přesně kontrolované omezovací napětí.
V komunikačních systémech se diody TVS běžně používají k ochraně následujících typů rozhraní:
RJ45 Ethernetové porty: Pro bleskové přepětí a společné/diferenciální režimy přechodných jevů
USB / HDMI: Pro ESD a události horké výměny
CAN / RS485: K potlačení zpětných indukčních napětí v drátových systémech na dlouhé vzdálenosti
Výběr vhodné diody TVS vyžaduje přizpůsobení elektrickým charakteristikám rozhraní a požadavkům na ochranu. Klíčové parametry zahrnují
|
Parametr |
Popis |
Doporučený rozsah |
|
V RWM |
Zpětné pracovní napětí |
≥ provozní napětí rozhraní |
|
V Svorka |
Ucpávací napětí |
< max tolerancí IC |
|
C J |
Kapacita |
Několik pF až desítky pF v závislosti na přenosové rychlosti |
|
Já PP |
Maximální pulsní proud |
Na základě očekávaného přepěťového impulzu (např. IEC 61000-4-5) |
|
t R |
Doba odezvy |
Méně než 1ns preferováno |
IV. Tipy pro uspořádání plošného spoje pro efektivní nasazení ochranných diod
I při použití kvalitní ochranné diody může špatné uspořádání plošného spoje podstatně snížit účinnost ochrany. Mezi hlavní pokyny pro uspořádání patří:
Umístěte ochrannou diodu co nejblíže k externímu konektoru
Udržujte krátké vodiče a vyhýbejte se vedení nad cestami vysokofrekvenčních signálů
Zajistěte nízkou impedanci zpětné cesty uzemnění, hojně používejte spojovací vývody (stitching vias)
Při přenosových rychlostech přesahujících 10 Gbps čelí tradiční konstrukce TVS kompromisům mezi ochranou a integritou signálu. Klíčové budoucí směry zahrnují:
TVS s ultra nízkou kapacitou (<0,5 pF) pro vysokorychlostní diferenciální signály
Vícekanálové pole TVS pro ochranu vícežilových rozhraní, jako jsou USB/HDMI
Hybridní ochranná zařízení s integrovaným filtrem EMI získávají na oblibě
Diody TVS | Ochrana rozhraní | Ochrana proti elektrostatickému nárazu | Řešení pro ochranu komunikace
EN
