دیودهای TVS در دستگاه‌های مخابراتی: راهکارهای حفاظتی و بهترین شیوه‌های طراحی چیدمان

I. چرا رابط‌های ارتباطی مستعد ولتاژهای گذرا هستند؟

در تجهیزات ارتباطی با سرعت بالا مانند روترها، ایستگاه‌های پایه، و سوئیچ‌های اترنت، پورت‌های داده مانند RJ45، USB، HDMI و CAN در معرض تعامل کاربر یا کابل‌کشی خارجی قرار دارند. این رابط‌ها به‌ویژه مستعد اختلالات گذرا ناشی از سرولت ناشی از صاعقه، داغ‌کردن هنگام وصل کردن، یا تخلیه الکتریسیته ساکن (ESD) هستند.

اگرچه ولتاژهای گذرا از نظر زمانی کوتاه هستند (چند نانو ثانیه تا میکرو ثانیه)، اما اغلب شیب صعودی تندی دارند و دارای دامنه پیک بالایی هستند و می‌توانند در صورت عدم حفاظت، چیپ‌های فیزیکی حساس، رابط‌های کنترلر میکرو، و حتی مسیرهای مدار چاپی (PCB) را از بین ببرند.

II. دیودهای TVS در سیستم‌های ارتباطی چه نقشی ایفا می‌کنند؟

دیودهای TVS (سپرسیون ولتاژ گذرا) دستگاه‌های نیم‌رسانا برای حفاظت هستند که طراحی شده‌اند تا ولتاژهای گذرا را در عرض چند نانوثانیه به سطوح ایمن محدود کنند. این دیودها دارای زمان پاسخ بسیار کوتاه (<1ns)، ظرفیت پایین و ولتاژهای محدودکننده کنترل‌شده هستند.

در سیستم‌های ارتباطی، دیودهای TVS اغلب برای حفاظت از انواع زیر رابط‌ها استفاده می‌شوند:

پورت‌های اترنت RJ45: برای سرعت‌های ناشی از صاعقه و گذرهای مد رایج/تفاضلی

USB / HDMI: برای ESD و رویدادهای تعویض سریع

CAN / RS485: برای سرکوب ولتاژهای القایی معکوس در سیستم‌های سیمی بلند

III. چگونه دیود TVS مناسب برای حفاظت از رابط انتخاب کنیم؟

انتخاب یک دیود TVS مناسب نیازمند تطبیق مشخصات الکتریکی رابط و الزامات حفاظتی است. پارامترهای کلیدی شامل

IV. نکات طراحی برد مدار چاپی (PCB) برای استفاده مؤثر از TVS

حتی با وجود یک دیود TVS با کیفیت بالا، طراحی ضعیف PCB می‌تواند مانع از حفاظت مؤثر شود. دستورالعمل‌های کلیدی طراحی عبارتند از:

دیود TVS را در نزدیک‌ترین فاصله ممکن به کانکتور خارجی قرار دهید

مسیرهای کوتاه را حفظ کنید و از مسیرکشی روی مسیرهای سیگنال با سرعت بالا خودداری کنید

مسیرهای بازمگشتی زمین با امپدانس پایین را تضمین کنید و از سوراخ‌های اتصال (stitching vias) به‌طور فراوان استفاده کنید

V. روندهای آینده: آرایه‌های ادغام‌شده با ظرفیت پایین و TVS چندکاناله

با نرخ داده‌هایی بیش از 10 گیگابیت بر ثانیه، طراحی‌های سنتی TVS با چالش‌هایی در تعادل بین حفاظت و صحت سیگنال مواجه هستند. جهت‌گیری‌های آینده شامل موارد زیر می‌شود:

TVS با ظرفیت خازنی بسیار پایین (<0.5 پیکوفاراد) برای سیگنال‌های تفاضلی با سرعت بالا

آرایه‌های TVS چندکاناله برای حفاظت از رابط‌های چندسیمه مانند USB/ HDMI

دستگاه‌های حفاظتی ترکیبی با فیلتر EMI درون‌ریز که در حال کسب محبوبیت هستند

دیودهای TVS | حفاظت از رابط | ضد ضربه الکترواستاتیک | راهکارهای حفاظت در ارتباطات