Este artigo apresenta uma análise aprofundada do papel dos diodos TVS na proteção de interfaces de dispositivos de comunicação, incluindo parâmetros de seleção e recomendações de layout para placas de circuito (PCB), abordando cenários comuns, como RJ45, USB e CAN.
Em equipamentos de comunicação de alta velocidade, como roteadores, estações base e switches Ethernet, portas de dados como RJ45, USB, HDMI e CAN estão expostas à interação do usuário ou à fiação externa. Essas interfaces são particularmente propensas a distúrbios transitórios causados por surtos induzidos por raios, conexão quente (hot-plugging) ou descarga eletrostática (ESD).
Embora de curta duração (nanossegundos a microssegundos), as tensões transitórias frequentemente possuem tempos de subida muito rápidos e altas amplitudes de pico, capazes de destruir chips PHY sensíveis, interfaces de microcontroladores ou até mesmo vaporizar trilhas do PCB se não forem protegidas.
Diodos TVS (Supressão de Tensão Transitória) são dispositivos semicondutores de proteção projetados para limitar tensões transitórias a níveis seguros dentro de nanossegundos. Eles possuem tempos de resposta ultra-rápidos (<1 ns), baixa capacitância e tensões de limitação rigorosamente controladas.
Em sistemas de comunicação, diodos TVS são comumente utilizados para proteger os seguintes tipos de interfaces:
Portas Ethernet RJ45: Para surtos induzidos por raios e transitórios modo comum/diferencial
USB / HDMI: Para descargas eletrostáticas (ESD) e eventos de troca quente
CAN / RS485: Para suprimir tensões indutivas reversas em sistemas com fiação de longa distância
Selecionar um diodo TVS adequado requer compatibilidade com as características elétricas da interface e os requisitos de proteção. Parâmetros-chave incluem
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Parâmetro |
Descrição |
Faixa Recomendada |
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V RWM |
Tensão de trabalho reversa |
≥ tensão de operação da interface |
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V Grampo |
Tensão de fixação |
< tolerância máxima do CI |
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C J |
Capacitância |
Alguns pF a dezenas de pF dependendo da taxa de dados |
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Eu Pp |
Corrente de Pulso Pico |
Com base na classe de surto esperada (por exemplo, IEC 61000-4-5) |
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t R |
Tempo de resposta |
Menos de 1ns é preferencial |
IV. Dicas para o Layout de PCB para uma Efetiva Utilização de TVS
Mesmo com um diodo TVS de alta qualidade, um layout inadequado de PCB pode comprometer a proteção. Principais diretrizes de layout incluem:
Posicione o diodo TVS o mais próximo possível do conector externo
Mantenha os traçados curtos e evite rotear sobre caminhos de sinais de alta velocidade
Garanta caminhos de retorno com baixa impedância, utilize abundantemente vias de costura
Com taxas de dados superiores a 10Gbps, os designs tradicionais de TVS enfrentam compromissos entre proteção e integridade do sinal. Principais direções futuras incluem:
TVS de capacitância ultra-baixa (<0,5pF) para sinais diferenciais de alta velocidade
Arranjos de TVS multicanal para proteger interfaces multiplos como USB/HDMI
Dispositivos de proteção híbridos com filtro EMI embutido estão ganhando popularidade
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