Tento článok poskytuje podrobnú analýzu úlohy ochranných diód TVS pri ochrane rozhraní komunikačných zariadení, vrátane parametrov výberu a odporúčaní pre usporiadanie plošných spojov, pričom sa venuje pozornosť bežným scenárom, ako sú RJ45, USB a CAN.
Vysokorýchlostné komunikačné zariadenia, ako sú smerovače, základňové stanice a prepínače Ethernet, majú dátové porty, ako sú RJ45, USB, HDMI a CAN, ktoré sú vystavené interakcii používateľov alebo vonkajším káblom. Tieto rozhrania sú obzvlášť náchylné na prechodné rušenia spôsobené prepätím pri blesku, pripájaním za prevádzky alebo elektrostatickým výbojom (ESD).
Hoci sú prechodné napätia krátke (v nanosekundách až mikrosekundách), často majú prudký nárast a vysoké amplitúdy vrcholov, ktoré môžu zničiť citlivé čipy PHY, rozhrania mikrokontrolérov alebo dokonca vypariť vodiče na doske plošných spojov, ak nie sú chránené.
Dioda TVS (Transient Voltage Suppression) sú polovodičové ochranné prvky, ktoré sú navrhnuté tak, aby v priebehu niekoľkých nanosekúnd znížili prechodné napätie na bezpečnú úroveň. Patria medzi ne ultra-rýchle časy reakcie (<1ns), nízka kapacita a presne kontrolované napätia v zvieracej kužeľovej sústave.
V komunikačných systémoch sa diódy TVS bežne používajú na ochranu nasledujúcich typov rozhraní:
RJ45 Ethernetové porty: Pre bleskové prepätia a bežné/diferenčné prechodné napätia
USB / HDMI: Pre ESD a udalosti horúceho výmeny
CAN / RS485: Na potlačenie indukčných napätí pri dlhodobom vedení v drôtových systémoch
Výber vhodnej diódy TVS vyžaduje prispôsobenie elektrických charakteristík rozhrania a požiadaviek na ochranu. Kľúčové parametre zahŕňajú
|
Parameter |
Popis |
Odporúčaný rozsah |
|
V RWM |
Pracovné napätie v závere |
≥ prevádzkové napätie rozhrania |
|
V Svoriek |
Prepájovacie napätie |
< max tolerancia IC |
|
C J |
Kapacita |
Niekoľko pF až desiatky pF v závislosti od rýchlosti prenosu dát |
|
I PP |
Vrcholový pulzový prúd |
Na základe očakávanej triedy prepätia (napr. IEC 61000-4-5) |
|
t R |
Čas odozvy |
Menej ako 1 ns, uprednostňuje sa |
IV. Tipy pre usporiadanie dosky plošných spojov (PCB) na efektívne nasadenie ochranných diód TVS
Aj napriek vysokokvalitnej ochrannej dióde TVS môže zlé usporiadanie dosky PCB podstatne oslabiť ochranu. Kľúčové smernice pre usporiadanie zahŕňajú:
Ochrannú diódu TVS umiestnite čo najbližšie k vonkajšiemu konektoru
Držte krátke vodiče a vyhýbajte sa ich vedeniu cez cesty vysokorýchlostných signálov
Zabezpečte nízkoimpedančné cesty pre návrat uzemnenia, často používajte spojovacie vývody (stitching vias)
Pri dátových rýchlostiach vyšších ako 10 Gbps sa tradičné návrhy ochrany TVS stretávajú s kompromisom medzi ochranou a integritou signálu. Kľúčové budúce smerovania zahŕňajú:
Ultra-nízka kapacita TVS (<0,5 pF) pre vysokorýchlostné diferenciálne signály
Polia TVS s viacerými kanálmi na ochranu rozhraní s viacerými vodičmi, ako napríklad USB/HDMI
Hybridné ochranné prvky so zabudovaným filtrom EMI získavajú na popularite
Diódy TVS | Ochrana rozhraní | Ochrana proti elektrostatickému náboju | Riešenia ochrany komunikácie
EN
