통신 장비의 TVS 다이오드: 보호 전략 및 레이아웃 최적 설계

I. 왜 통신 인터페이스가 일시적인 전압 스파이크에 취약한가요?

라우터, 기지국, 이더넷 스위치와 같은 고속 통신 장비에서 RJ45, USB, HDMI, CAN 등의 데이터 포트는 사용자와의 상호작용 또는 외부 배선에 노출되어 있습니다. 이러한 인터페이스는 번개로 인한 서지, 핫플러깅 또는 정전기 방전(ESD)으로 인해 일시적인 교란 현상이 발생하기 쉬운데, 이는 장비에 손상을 초래할 수 있습니다.

일시적인 전압은 지속 시간이 짧은(나노초에서 마이크로초) 특성을 가지지만, 급격한 상승 시간과 높은 최대 진폭을 가지므로 보호 장치가 없을 경우 민감한 PHY 칩, 마이크로컨트롤러 인터페이스를 파괴하거나 PCB 트레이스를 증발시킬 수도 있습니다.

II. TVS 다이오드가 통신 시스템에서 수행하는 역할은 무엇인가요?

TVS(일시적 전압 억제) 다이오드는 나노초 이내에 일시적인 전압을 안전한 수준으로 클램프하도록 설계된 반도체 보호 장치입니다. 초고속 응답 시간(<1ns), 낮은 정전용량, 정밀하게 제어된 클램핑 전압 등의 특성을 가지고 있습니다.

통신 시스템에서 TVS 다이오드는 일반적으로 다음 유형의 인터페이스 보호에 사용됩니다.

RJ45 이더넷 포트: 낙뢰로 인한 서지 및 공통/차동 모드 일시적 전압 보호

USB/HDMI: 정전기 방전(ESD) 및 핫스왑 이벤트 보호

CAN/RS485: 장거리 유선 시스템에서 역 유도 전압 억제

III. 인터페이스 보호를 위한 올바른 TVS 다이오드 선택 방법

적합한 TVS 다이오드를 선택하기 위해서는 인터페이스의 전기적 특성과 보호 요구 사항을 일치시켜야 합니다. 주요 파라미터는 다음과 같습니다.

IV. 효과적인 TVS 배치를 위한 PCB 설계 팁

고품질 TVS 다이오드를 사용하더라도 PCB 설계가 부적절하면 보호 성능이 저하될 수 있습니다. 주요 설계 지침은 다음과 같습니다:

TVS 다이오드는 외부 커넥터에 가까운 위치에 배치할 것

배선은 짧게 유지하고 고속 신호 경로 상부를 피할 것

저임피던스 접지 귀환 경로를 확보하고 스티칭 비아를 충분히 사용할 것

V. 미래 트렌드: 저용량, 통합 어레이 및 멀티채널 TVS

10Gbps를 초과하는 데이터 전송 속도로 인해 기존 TVS 설계에서는 보호 기능과 신호 무결성 사이의 절충이 필요하다. 주요 향후 방향은 다음과 같다.

고속 차동 신호를 위한 초저정전용량 TVS (<0.5pF)

USB/HDMI와 같은 다중 신호선 인터페이스 보호를 위한 다중 채널 TVS 어레이

내장형 EMI 필터링 기능이 있는 하이브리드 보호 소자가 점점 인기를 끌고 있음

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