В этой статье представлен подробный анализ роли диодов подавления скачков напряжения при защите интерфейсов устройств связи, включая параметры выбора и рекомендации по размещению на печатной плате, охватывающие распространенные сценарии, такие как RJ45, USB и CAN.
В высокоскоростном коммуникационном оборудовании, таком как маршрутизаторы, базовые станции и коммутаторы Ethernet, порты данных, такие как RJ45, USB, HDMI и CAN, подвержены взаимодействию с пользователем или подключению внешних кабелей. Эти интерфейсы особенно подвержены переходным помехам, вызванным грозовыми перенапряжениями, горячим подключением или электростатическим разрядом (ЭСР).
Хотя импульсы напряжения кратковременны (наносекунды до микросекунд), они часто имеют крутой фронт нарастания и высокую амплитуду пика, что может привести к уничтожению чувствительных микросхем PHY, интерфейсов микроконтроллеров или даже испарению токоведущих дорожек печатной платы, если защита отсутствует.
Диоды TVS (аварийное подавление напряжения) представляют собой полупроводниковые устройства защиты, предназначенные для ограничения скачков напряжения до безопасных уровней в течение наносекунд. Они обладают сверхбыстродействием (<1 нс), низкой емкостью и точно контролируемыми напряжениями ограничения.
В системах связи диоды TVS обычно используются для защиты следующих типов интерфейсов:
Порты RJ45 Ethernet: для защиты от скачков напряжения, вызванных молнией, и общих/дифференциальных переходных процессов
USB / HDMI: для защиты от электростатического разряда и событий горячей замены
CAN / RS485: для подавления обратных индуктивных напряжений в проводных системах на большие расстояния
Выбор подходящего диода TVS требует соответствия электрическим характеристикам интерфейса и требованиям защиты. Ключевые параметры включают
|
Параметры |
Описание |
Рекомендуемый диапазон |
|
В RWM |
Обратное рабочее напряжение |
≥ напряжение работы интерфейса |
|
В Зажим |
Напряжение срабатывания |
< максимальный допуск ИС |
|
C J |
Пропускная способность |
Несколько пФ до десятков пФ в зависимости от скорости передачи данных |
|
Я PP |
Пиковый импульсный ток |
На основе ожидаемого класса скачков напряжения (например, IEC 61000-4-5) |
|
т R |
Время отклика |
Менее 1 нс, предпочтительно |
IV. Рекомендации по разводке печатных плат для эффективного использования TVS-диодов
Даже при использовании высококачественного TVS-диода плохая разводка печатной платы может ухудшить защиту. Основные рекомендации по разводке включают:
Размещайте TVS-диод как можно ближе к внешнему разъему
Старайтесь делать короткие соединения и избегайте прокладки рядом с высокоскоростными сигнальными линиями
Обеспечьте низкоомные пути возврата к земле, используйте переходные отверстия по всей плате
Со скоростью передачи данных свыше 10 Гб/с традиционные конструкции TVS сталкиваются с компромиссом между защитой и целостностью сигнала. Ключевые направления будущего включают:
Ультрамалая ёмкость TVS (<0,5 пФ) для высокоскоростных дифференциальных сигналов
Многоканальные массивы TVS для защиты многопроводных интерфейсов, таких как USB/HDMI
Гибридные устройства защиты со встроенным фильтром ЭМП набирают популярность
Диоды TVS | Защита интерфейсов | Защита от электростатических разрядов | Решения для защиты линий связи
EN
