บทความนี้นำเสนอการวิเคราะห์อย่างละเอียดเกี่ยวกับบทบาทของไดโอด TVS ในการป้องกันอินเทอร์เฟซของอุปกรณ์สื่อสาร รวมถึงพารามิเตอร์ในการเลือกและการแนะนำการวางผังวงจรพิมพ์ (PCB) โดยครอบคลุมสถานการณ์ทั่วไป เช่น RJ45, USB และ CAN
ในอุปกรณ์การสื่อสารความเร็วสูง เช่น รูเตอร์ สถานีฐาน และสวิตช์อีเทอร์เน็ต พอร์ตข้อมูลอย่าง RJ45, USB, HDMI และ CAN มักสัมผัสกับการใช้งานของผู้ใช้หรือสายสัญญาณภายนอก อินเทอร์เฟซเหล่านี้จึงมักประสบกับสัญญาณรบกวนชั่วขณะที่เกิดจากฟ้าผ่า การเสียบปลั๊กขณะมีกระแสไฟฟ้า หรือการคายประจุไฟฟ้าสถิตย์ (ESD)
แม้ว่าแรงดันชั่วขณะจะมีระยะเวลาสั้น (ในระดับนาโนวินาทีถึงไมโครวินาที) แต่โดยทั่วไปมีการเพิ่มขึ้นของแรงดันอย่างรวดเร็วและมีค่าแรงดันสูงสุดที่สูงมาก ซึ่งอาจทำลายชิป PHY ที่ไวต่อแรงดันหรืออินเทอร์เฟซไมโครคอนโทรลเลอร์ หรือแม้กระทั่งทำให้ตัวลายปริ้นท์ (PCB traces) ระเหิดไปได้ หากไม่มีการป้องกัน
ไดโอด TVS (Transient Voltage Suppression) เป็นอุปกรณ์ป้องกันเซมิคอนดักเตอร์ที่ออกแบบมาเพื่อควบคุมแรงดันชั่วขณะให้อยู่ในระดับที่ปลอดภัยภายในระดับนาโนวินาที มีคุณสมบัติตอบสนองเร็วมาก (<1ns) ความจุไฟฟ้าต่ำ และแรงดันควบคุมที่ถูกควบคุมอย่างแม่นยำ
ในระบบสื่อสาร ไดโอด TVS มักใช้เพื่อปกป้องประเภทอินเทอร์เฟซต่อไปนี้:
พอร์ตอีเทอร์เน็ต RJ45: สำหรับแรงดันเกินจากฟ้าผ่าและแรงดันชั่วขณะแบบ common/differential mode
USB / HDMI: สำหรับ ESD และเหตุการณ์ hot-swap
CAN / RS485: เพื่อกดดันแรงดันเหนี่ยวนำกลับในระบบสายส่งระยะไกล
การเลือกไดโอด TVS ที่เหมาะสม จำเป็นต้องพิจารณาให้ตรงกับลักษณะทางไฟฟ้าและข้อกำหนดในการป้องกันของอินเทอร์เฟซ ค่าพารามิเตอร์หลัก ได้แก่
|
พารามิเตอร์ |
คำอธิบาย |
ช่วงแนะนำ |
|
V RWM |
แรงดันทำงานขณะกลับด้าน |
≥ แรงดันใช้งานของอินเทอร์เฟซ |
|
V คลิป |
แรงดันไฟฟ้าในการยึด |
< ความคลาดเคลื่อนสูงสุดของ IC |
|
C J |
ความจุ |
ไม่กี่พิโคฟารัดถึงหลายสิบพิโคฟารัด ขึ้นอยู่กับอัตราการส่งข้อมูล |
|
ฉัน Pp |
กระแสชั้นพัลส์สูงสุด |
ขึ้นอยู่กับคลาสแรงดันไฟฟ้ากระชากที่คาดการณ์ (เช่น IEC 61000-4-5) |
|
t R |
เวลาตอบสนอง |
น้อยกว่า 1 นาโนวินาที เหมาะสมที่สุด |
IV. เคล็ดลับในการวางผัง PCB เพื่อการใช้งาน TVS อย่างมีประสิทธิภาพ
แม้จะมีไดโอด TVS คุณภาพสูง การวางผัง PCB ที่ไม่ดีก็อาจทำให้ประสิทธิภาพการป้องกันลดลง หลักการสำคัญในการวางผังมีดังนี้
ติดตั้งไดโอด TVS ให้ใกล้กับตัวเชื่อมต่อภายนอกมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
ทำให้เส้นทาง (traces) สั้นที่สุด และหลีกเลี่ยงการวางเส้นทางเหนือเส้นสัญญาณความเร็วสูง
สร้างเส้นทางกลับสู่กราวน์ที่มีอิมพีแดนซ์ต่ำ และใช้สติทชิ่งไวอา (stitching vias) อย่างเพียงพอ
ด้วยอัตราการส่งข้อมูลที่สูงกว่า 10Gbps การออกแบบ TVS แบบดั้งเดิมต้องเผชิญกับทางเลือกระหว่างการปกป้องและสภาพสัญญาณที่สมบูรณ์ ทิศทางสำคัญในอนาคต ได้แก่
TVS ความจุต่ำมาก (<0.5pF) สำหรับสัญญาณเชิงอนุพันธ์ความเร็วสูง
อาร์เรย์ของไดโอด TVS แบบหลายช่องสัญญาณเพื่อปกป้องอินเตอร์เฟซหลายสาย เช่น USB/HDMI
อุปกรณ์ป้องกันแบบไฮบริดที่มีตัวกรอง EMI ในตัวกำลังได้รับความนิยม
ไดโอด TVS | การป้องกันอินเทอร์เฟส | การป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ | โซลูชันการป้องกันการสื่อสาร
EN
