Este artículo proporciona un análisis detallado del papel de los diodos TVS en la protección de interfaces de dispositivos de comunicación, incluyendo parámetros de selección y recomendaciones para el diseño de PCB, cubriendo escenarios comunes tales como RJ45, USB y CAN.
En equipos de comunicación de alta velocidad, como routers, estaciones base y switches Ethernet, los puertos de datos como RJ45, USB, HDMI y CAN están expuestos a la interacción del usuario o al cableado externo. Estas interfaces son especialmente propensas a perturbaciones transitorias causadas por sobretensiones inducidas por rayos, conexión en caliente o descarga electrostática (ESD).
Aunque breves en duración (nanosegundos a microsegundos), las tensiones transitorias suelen tener tiempos de subida muy rápidos y amplitudes de pico elevadas, capaces de destruir chips PHY sensibles, interfaces de microcontroladores o incluso vaporizar pistas de PCB si no están protegidas.
Los diodos TVS (Transient Voltage Suppression) son dispositivos de protección semiconductores diseñados para limitar los voltajes transitorios a niveles seguros dentro de nanosegundos. Cuentan con tiempos de respuesta ultra rápidos (<1 ns), baja capacitancia y voltajes de limitación estrictamente controlados.
En los sistemas de comunicación, los diodos TVS suelen utilizarse para proteger los siguientes tipos de interfaces:
Puertos Ethernet RJ45: Para sobretensiones causadas por rayos y transitorios en modo común/diferencial
USB / HDMI: Para descargas electrostáticas (ESD) y eventos de intercambio en caliente
CAN / RS485: Para suprimir voltajes inductivos inversos en sistemas cableados de larga distancia
La selección de un diodo TVS adecuado requiere hacer coincidir las características eléctricas de la interfaz y los requisitos de protección. Los parámetros clave incluyen
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Parámetro |
Descripción |
Rango recomendado |
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V RWM |
Voltaje de trabajo inverso |
≥ voltaje de operación de la interfaz |
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V Abrazadera |
Voltaje de bloqueo |
< max tolerancia del IC |
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C J |
Capacidad |
Algunos pF hasta decenas de pF dependiendo de la tasa de datos |
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Yo PP |
Corriente de Pulso Pico |
Basado en la clase de sobretensión esperada (por ejemplo, IEC 61000-4-5) |
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t R |
Tiempo de respuesta |
Menos de 1ns preferiblemente |
IV. Consejos para el diseño de PCB para una implementación efectiva de TVS
Incluso con un diodo TVS de alta calidad, un mal diseño de PCB puede debilitar la protección. Entre las principales directrices de diseño se encuentran:
Coloque el diodo TVS lo más cerca posible del conector externo
Mantenga las pistas cortas y evite el enrutamiento sobre trayectorias de señales de alta velocidad
Asegure una trayectoria de retorno de tierra de baja impedancia, use generosamente vías de cosido
Con velocidades de datos superiores a 10 Gbps, los diseños tradicionales de TVS enfrentan compromisos entre protección e integridad de la señal. Las principales direcciones futuras incluyen:
TVS de ultra-baja capacitancia (<0,5 pF) para señales diferenciales de alta velocidad
Matrices de TVS de múltiples canales para proteger interfaces multi-cable como USB/HDMI
Dispositivos de protección híbridos con filtro EMI integrado están ganando popularidad
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