Dit artikel biedt een uitgebreide analyse van de rol van TVS-diodes bij de beveiliging van interfaceverbindingen in communicatieapparatuur, inclusief selectieparameters en aanbevelingen voor PCB-layout, met aandacht voor veelvoorkomende toepassingen zoals RJ45, USB en CAN.
In high-speed communicatieapparatuur zoals routers, basisstations en Ethernet-switches zijn datapoorten zoals RJ45, USB, HDMI en CAN blootgesteld aan gebruikersinteractie of externe bedrading. Deze interfaces zijn bijzonder gevoelig voor tijdelijke storingen veroorzaakt door bliksem, het onder spanning zetten of elektrostatische ontlading (ESD).
Hoewel van korte duur (nanoseconden tot microseconden), hebben tijdelijke spanningen vaak een steile stijgtijd en hoge piekamplitude, waardoor gevoelige PHY-chips, microcontrollerinterfaces of zelfs PCB-banen kunnen verdampen indien niet beschermd.
TVS- (Transient Voltage Suppression) diodes zijn halfgeleiderbeveiligingsapparaten die zijn ontworpen om transiënte spanningen binnen nanoseconden te begrenzen tot veilige niveaus. Ze hebben een uiterst snelle responstijd (<1 ns), lage capaciteit en nauwkeurig gecontroleerde klemspanningen.
In communicatiesystemen worden TVS-diodes vaak gebruikt voor de beveiliging van de volgende typen interfaces:
RJ45 Ethernet-poorten: Voor door bliksem veroorzaakte overspanningen en gemeenschappelijke/differentiële modetransiënten
USB / HDMI: Voor ESD en hot-swap gebeurtenissen
CAN / RS485: Om inverse inductieve spanningen te onderdrukken in kabelsystemen op lange afstand
Het kiezen van een geschikte TVS-diode vereist dat de elektrische kenmerken en beveiligingsvereisten van de interface overeenkomen. Belangrijke parameters zijn
|
Parameter |
Beschrijving |
Aanbevolen Bereik |
|
V RWM |
Sperspanning in omgekeerde richting |
≥ interface werkingsspanning |
|
V Klem |
Spanningsklemming |
< max tolerantie van de IC |
|
C J |
Vermogen |
Enkele pF tot tientallen pF, afhankelijk van de bemonsteringsfrequentie |
|
I PP |
Piek puls stroom |
Gebaseerd op de verwachte spanningspiekklasse (bijv. IEC 61000-4-5) |
|
t R |
Reactietijd |
Minder dan 1ns, indien mogelijk |
IV. PCB-layout tips voor effectieve TVS-deployering
Zelfs met een hoogwaardige TVS-diode kan een slecht PCB-layout de beveiliging ondermijnen. Belangrijke layoutrichtlijnen zijn:
Plaats de TVS-diode zo dicht mogelijk bij de externe connector
Houd de verbindingen kort en vermijd het routeren over hoogfrequente signaalpaden
Zorg voor lage impedantie grondretourpaden en gebruik stevig doorverbonden via's
Met datarates hoger dan 10 Gbps lopen traditionele TVS-ontwerpen tegen afwegingen aan tussen bescherming en signaalintegriteit. Belangrijke toekomstige richtingen zijn:
Ultralage capaciteit TVS (<0,5 pF) voor hoogfrequente differentiaalsignalen
Meerkanaals TVS-arrays om meerdere aansluitingen zoals USB/HDMI te beschermen
Hybride beschermingscomponenten met ingebouwd EMI-filter worden steeds populairder
TVS-diodes | Interfacebescherming | Antistatische ontlading | Oplossingen voor communicatiebescherming
EN
