ٹی وی ایس ڈائیوڈز کیسے کام کرتے ہیں: ایوالانچ بریک ڈاؤن اور ESD حفاظت کا طریقہ کار

عارضی زائد وولٹیج کے واقعات کے جواب میں ایوالانچ بریک ڈاؤن ردعمل

ٹی وی ایس ڈائیوڈز الیکٹرانک سرکٹس کی حفاظت کے لیے ان کے پی-این جنکشنز پر کنٹرول شدہ ایولانچ بریک ڈاؤن کا استعمال کرتے ہوئے کام کرتے ہیں۔ عام طور پر یہ آلے زیادہ تر وقت کچھ خاص کیے بغیر ویسے ہی رہتے ہیں، بنیادی طور پر صرف اتنی بلند مزاحمت کے ساتھ موجود رہتے ہیں کہ وہ معمول کے آپریشنز میں مداخلت نہ کریں۔ لیکن جب کچھ غلط ہوتا ہے اور وولٹیج محفوظ حد سے تجاوز کر جاتی ہے، تو ڈائیوڈ تقریباً فوری طور پر کام کرنے لگتا ہے۔ کھربویں سیکنڈ کے اندر، یہ ایک مختصر راستہ بنا دیتا ہے جو سرکٹ کے نازک حصوں سے خطرناک بجلی کے جھٹکوں کو ہٹا دیتا ہے۔ اس پوری چیز کو قابل ذکر بنانے والی بات یہ ہے کہ وقت کے ساتھ بار بار استعمال کے بعد بھی یہ کتنی مستقل قابل اعتماد رہتی ہے۔ صنعتی معیارات جیسے کہ IEC 61000-4-2 کے مطابق، جدید ٹی وی ایس ڈائیوڈز لوگوں کے آلات کو چھونے سے پیدا ہونے والی سٹیٹک توانائی (منفی یا مثبت 8 کلو وولٹ تک) سے لے کر قریبی بجلی کے گرنے کی وجہ سے پیدا ہونے والے بڑے بجلی کے جھٹکوں تک سب کا مقابلہ کر سکتے ہیں۔ ان کی مؤثریت سیمی کنڈکٹر جنکشن کی ہوشیار انجینئرنگ اور 0.5 نینو سیکنڈ سے بھی کم وقت میں انتہائی تیز ردعمل کی رفتار تک محدود ہے۔

ایس ڈی ایس اور سرجری واقعات کے دوران حقیقی وقت میں مضبوطی سے جکڑنے کا عمل

جب فعال ہوتا ہے، تو ٹی وی ایس ڈائیوڈ کلیمپنگ موڈ میں چلا جاتا ہے۔ بنیادی طور پر، یہ تحفظ والے سرکٹس پر وولٹیج کو ایک محفوظ سطح تک محدود کر دیتا ہے جسے ہم مختصر میں کلیمپنگ وولٹیج یا VCL کہتے ہیں۔ یہ بات توڑنے کے نقطہ تک پہنچتے ہی بہت تیزی سے ہوتی ہے۔ ڈائیوڈ پھر زائد سرج توانائی کو محفوظ طریقے سے زمین پر موڑ دیتا ہے جبکہ اس بات کو یقینی بناتا ہے کہ نیچے کی سمت وولٹیج وہ حد عبور نہ کرے جو منسلک انضمامی سرکٹس برداشت کر سکتے ہیں۔ زیادہ تر جدید لا جک اجزاء کی ایک اعلیٰ حد تقریباً 20 وولٹ یا اس سے کم ہوتی ہے۔ سرج سے نمٹنے کے بعد، ٹی وی ایس ڈائیوڈ تیزی سے بحال ہو کر اپنی عام زیادہ مزاحمت کی حالت میں واپس آ جاتا ہے۔ اس سے خطرناک حالات جیسے لیچ اَپ کی صورتحال یا زیادہ گرمی کے مسائل سے بچا جاتا ہے۔ مطالعات سے ظاہر ہوتا ہے کہ جب ٹی وی ایس تحفظ کو درست طریقے سے نافذ کیا جاتا ہے، تو یہ صارفین کے آلے میں الیکٹرواسٹیٹک ڈسچارج کے مسائل کو آدھے سے زیادہ کم کر دیتا ہے۔ اس لیے ٹی وی ایس تحفظ الیکٹرانک نظام میں قابل اعتماد آپریشن برقرار رکھنے کے لیے نہ صرف اہم بلکہ درحقیقت ضروری ہے۔

اہم ٹی وی ایس ڈائیوڈ پیرامیٹرز: بریک ڈاؤن، کلیمپنگ، اور اسٹینڈ آف وولٹیج

تین وولٹیج خصوصیات کو سمجھنا - V _بر (بریک ڈاؤن وولٹیج)، V _Cl (کلیمپنگ وولٹیج)، اور V _WM (وورکنگ وولٹیج/اسٹینڈ آف) - مضبوط عارضی حفاظت کے لیے ضروری ہے۔

V کی تشریح کرنا _بر (بریک ڈاؤن)، V _Cl (کلیمپنگ)، اور V _WM (اسٹینڈ آف) ڈیٹا شیٹس میں

وولٹیج ورکنگ میکسیمم (VWM) بنیادی طور پر ہمیں یہ بتاتا ہے کہ الٹ وولٹیج کی وہ زیادہ سے زیادہ حد کیا ہے جسے ایک ڈائیوڈ رساوی روشنیاں دکھائے بغیر برداشت کر سکتا ہے۔ اسے ایک حفاظتی حد کی لکیر کے طور پر سمجھیں جسے پار نہیں کرنا چاہیے۔ پھر وولٹیج بریک ڈاؤن ریٹنگ (VBR) ہوتی ہے، جو عام طور پر VWM سے تقریباً 10 سے 15 فیصد زیادہ ہوتی ہے۔ یہ وہ نقطہ ہے جہاں ڈائیوڈ برفانی لاوا موڈ میں بجلی کی اطاعت کرنا شروع کر دیتا ہے۔ عملی مقاصد کے لحاظ سے، وولٹیج کلیمپ لیول (VCL) سب سے زیادہ اہمیت رکھتا ہے کیونکہ یہ بالکل واضح کرتا ہے کہ طوفان کے دوران، جیسے 1 ایمپیئر یا حتیٰ کہ 10 ایمپیئر کے دوران، حفاظت شدہ سرکٹس کو کس قسم کی عروج وولٹیج منتقل ہوتی ہے۔ حقیقی دنیا کی جانچ پڑتال سے ثابت ہوتا ہے کہ یہ عدد واقعی اہمیت رکھتا ہے۔ زیادہ تر انجینئرز جانتے ہیں کہ انہیں ڈاؤن اسٹریم انضمامی سرکٹس کے زیادہ سے زیادہ وولٹیج کی خصوصیات سے کم VCL رکھنا چاہیے۔ کیوں؟ کیونکہ جب ڈیزائنرز یہ قاعدہ نظر انداز کرتے ہیں، تو بری چیزیں پیش آتی ہیں۔ گزشتہ سال الیکٹرانکس ریلایبلٹی کوارٹرلی کے اعداد و شمار کے مطابق تمام فیلڈ فیلیوروں میں سے تقریباً دو تہائی کا تعلق درِآمد / برآمد کے واسطوں پر بالکل اسی مسئلے سے ہوتا ہے۔

کم کلیمپنگ وولٹیج اور تیز ردعمل کا وقت (<1 نینو سیکنڈ) سرکٹ کی حفاظت کے لیے کیوں اہم ہے

کم VCL حاصل کرنا بہت اہمیت رکھتا ہے۔ 8 وولٹ کے لیے ڈیزائن شدہ ایک مائیکرو کنٹرولر پر غور کریں - جب تک VBR اور VWM کی تفصیلات کاغذ پر کتنی بھی اچھی کیوں نہ دکھائی دیں، 10 وولٹ کلیمپنگ کے سامنے آنے پر یہ مناسب طریقے سے کام نہیں کرے گا۔ یہاں رفتار ایک اور اہم عنصر ہے۔ ESD پلسز اپنی زیادہ سے زیادہ کرنٹ کو ایک نینو سیکنڈ سے بھی کم وقت میں حاصل کر لیتے ہیں، جس کا مطلب یہ ہے کہ وہ اجزاء جو 5 ns سے زیادہ وقت تک ردعمل ظاہر کرنے میں لیتے ہیں (جیسے کچھ ویرسٹرز)، نقصان دہ وولٹیج اسپائیکس کو ان کے کام کرنے سے پہلے ہی گزر جانے دیتے ہیں۔ ESD ایسوسی ایشن کے پچھلے سال کے ٹیسٹ کے مطابق، TVS ڈائیوڈز جو 500 پیکو سیکنڈ سے تیز ردعمل کرتے ہیں اور بہتر VCL خصوصیات رکھتے ہیں، معیاری دبانے والے آلات کے مقابلے میں بورڈ کی ناکامیوں کو تقریباً تین چوتھائی تک کم کر دیتے ہیں۔ اس قسم کی بہتری حساس الیکٹرانکس کی ان مختصر مگر تیز بجلی کے جھٹکوں کے دوران حفاظت میں فرق کا باعث بنتی ہے۔

دوسری سمت اور یک سمت TVS ڈائیوڈز: عام انٹرفیسز کے لیے انتخاب کے رہنمائی اصول

ٹی وی ایس ڈائیوڈز دو اہم اقسام میں آتے ہیں: یک سمتی اور دو سمتی، جن میں سے ہر ایک خاص سگنل ماحول کے لیے ڈیزائن کی گئی ہوتی ہے۔ یک سمتی ڈائیوڈز صرف ایک سمت میں وولٹیج کے اچانک اضافے کو محدود کر کے کام کرتے ہی ہیں، جس کی وجہ سے وہ ڈی سی سرکٹس کے لیے بہترین ہوتے ہیں۔ ان مثالوں پر غور کریں جیسے یو ایس بی پورٹس یا گاڑیوں کے الیکٹرانکس جہاں بجلی کے جھٹکے مسلسل طور پر ایک مقررہ سطح سے اوپر جاتے رہتے ہیں۔ دوسری طرف، دو سمتی ٹی وی ایس ڈائیوڈز مثبت اور منفی دونوں قسم کے وولٹیج کے جھٹکوں کو برابر طور پر سنبھالتے ہیں۔ جب ای سی سگنلز یا ایسے نظام کا سامنا ہو جہاں بجلی دونوں سمت میں بہہ سکتی ہو تو یہ ڈائیوڈز بہت اہم ہوتے ہیں۔ ہم انہیں فون لائنوں، آڈیو سامان کے کنکشنز، اور جدید گاڑیوں میں موجود پیچیدہ کین بس نیٹ ورکس میں بار بار استعمال ہوتے دیکھتے ہیں۔

مختلف ڈایود اقسام کے درمیان فیصلہ کرتے وقت، قطبیت کی حساسیت ایک اہم عنصر کے طور پر نمایاں ہوتی ہے۔ یونی ڈائریکشنل ڈایودز کو مخصوص سمت کے ساتھ صحیح طریقے سے لگایا جانا ضروری ہوتا ہے، جبکہ بائی ڈائریکشنل ڈایودز سرکٹس کی ترتیب میں ڈیزائنرز کو کافی آزادی فراہم کرتے ہیں۔ مثال کے طور پر USB 2.0 اور 3.0 ڈیٹا لائنز، جو دونوں سمت سے ایک وقت میں آنے والے شور سے نمٹتی ہیں، بائی ڈائریکشنل ارے کے ساتھ بہتر کام کرتی ہیں۔ دوسری طرف، پاور ریلز عام طور پر یونی ڈائریکشنل ڈایودز کے ساتھ استعمال ہوتی ہیں کیونکہ وہ لاگت کے بغیر اچھی حفاظت فراہم کرتے ہیں۔ دونوں اختیارات پکو سیکنڈ تک کی حد تک مشابہ رفتار سے رد عمل ظاہر کرتے ہیں، حالانکہ ان کی اندرونی تعمیر میں فرق ہوتا ہے۔ معیاری یونی ڈائریکشنل ماڈلز میں صرف ایک P-N جنکشن ہوتا ہے، جبکہ بائی ڈائریکشنل ماڈلز دو جنکشنز کو انجینئرز کی طرف سے 'سیریز اوپوزیشن کنفیگریشن' کہے جانے والے طریقے میں پیٹھ سے پیٹھ جوڑتے ہیں۔

ٹی وی ایس ڈائیوڈ کے استعمال کو بہتر بنانا: پی سی بی لے آؤٹ اور یو ایس بی انٹرفیس کی حفاظت کے بہترین طریقے

آئی/او کنیکٹرز کے قریب حکمت عملی کی جگہ اور پیراسائٹک انڈکٹنس کو کم کرنا

جہاں ٹی وی ایس ڈایڈوز رکھی جاتی ہیں واقعی اہم ہے. انہیں ان I/O کنیکٹرز کے بہت قریب رکھنا چاہئے، ترجیحاً 5 ملی میٹر سے زیادہ دور نہیں، تاکہ وہ سرکٹ بورڈ تک پہنچنے سے پہلے ہی ان پریشان کن ٹرانزیٹرز کو پکڑ سکیں۔ جب نشانات بہت لمبے ہوجاتے ہیں، تو وہ طفیلی انڈکٹینس کے ساتھ مسائل پیدا کرنے لگتے ہیں، جو اصل میں ان تیز نانوسکنڈ واقعات کے دوران کلیمپنگ وولٹیج کو بڑھاتا ہے۔ ہم ہر اضافی ملی میٹر کے لئے تقریبا 1.5 سے 2 وولٹ کی ایک اضافہ کے بارے میں بات کر رہے ہیں. بہترین نتائج کے لیے، کم از کم 20 ملی میٹر موٹی چوڑی، سیدھی پٹیوں کے ساتھ جائیں۔ اس گراؤنڈ پین کو براہ راست اچھے معیار کے، کم انڈکٹینس گراؤنڈ طیارے سے جوڑیں بجائے اس کے کہ آپ ڈیزی چینز پر انحصار کریں یا اسے دوسرے شور مچانے والے ڈیجیٹل اجزاء کے ساتھ شیئر کریں۔ اور یاد رکھیں کہ حفاظت کے راستے کے ساتھ ساتھ دائیں زاویہ موڑ اور غیر ضروری ویاس سے دور رہیں. یہ چھوٹی چھوٹی تفصیلات اس وقت فرق کرتی ہیں جب بات سگنل کی سالمیت کو برقرار رکھنے اور تیز رفتار، قابل اعتماد کلپنگ کارروائی حاصل کرنے کی ہو

ٹی وی ایس ڈائیوڈز کے ساتھ مضبوط یو ایس بی 2.0/3.0 کی حفاظت کا ڈیزائن کرنا

USB انٹرفیسز کے ساتھ کام کرتے وقت خصوصی احتیاط کی ضرورت ہوتی ہے۔ جب USB 3.0 کی شاندار 5 Gbps رفتار کا تعلق ہو، تو انجینئرز کو سگنلز صاف رکھنے اور آنکھ کے ڈایاگرام کی پریشان کن مسائل سے بچنے کے لیے فی لائن 0.5 pF سے کم والے کیپیسیٹنس والے TVS اریز کا انتخاب کرنا چاہیے۔ صحیح اجزاء کا انتخاب بھی اہم ہے - کم از کم 5 وولٹ تک برداشت کرنے اور کلیمپنگ وولٹیج 9 وولٹ سے کم رکھنے والے دوطرفہ ڈائیوڈز تلاش کریں۔ یہ دونوں اطراف کے کنکشن کو نقصان سے محفوظ رکھتا ہے۔ گراؤنڈنگ کی حکمت عملی ایک اور اہم عنصر ہے۔ اس معاملے میں اسٹار گراؤنڈنگ سب سے بہتر کام کرتی ہے، جس میں تمام TVS گراؤنڈز کو براہ راست یا تو علیحدہ چیسس یا الگ اینالاگ گراؤنڈ پلین سے جوڑا جاتا ہے۔ یہ ترتیب اچانک ESD کے دباؤ کے دوران گراؤنڈ باونس کی پریشانیوں کو روکنے میں مدد دیتی ہے۔ اس دنوں USB-C پورٹس کے عام ہونے کے ساتھ، ڈیفرنشل لائن کی حفاظت کو CC لائن کے مخصوص سپریسرز کے ساتھ جوڑنا مناسب ہے۔ یہ دونوں، ڈیٹا ٹرانسفر کے اتار چڑھاؤ اور پاور ڈیلیوری کی لہروں کا مقابلہ کرتے ہیں۔ سب سے اہم بات یہ ہے کہ IEC 61000-4-2 لیول 4 معیارات (یعنی 8 kV کے رابطے کے ڈسچارج کو برداشت کرنا) کے مطابق ٹیسٹنگ ظاہر کرتی ہے کہ یہ طریقہ USB 3.0 کو مکمل رفتار پر چلانے کے ساتھ ساتھ الیکٹروسٹیٹک خطرات کا مقابلہ کرنے کے قابل بناتا ہے۔

فیک کی بات

ٹی وی ایس ڈائیوڈز کا بنیادی فنکشن کیا ہے؟

ٹی وی ایس ڈائیوڈز الیکٹرانک سرکٹس کی حفاظت کرتے ہیں ان کے پی-این جنکشنز میں قابو پانے والے ایوالانچ بریک ڈاؤن کے ذریعے وولٹیج اسپائیکس کو نازک اجزاء سے دور منتقل کرنے کے لیے۔

ٹی وی ایس ڈائیوڈز کا ردعمل وقت کتنا تیز ہوتا ہے؟

ٹی وی ایس ڈائیوڈز 0.5 نینو سیکنڈ سے بھی کم وقت میں ردعمل ظاہر کرتے ہیں، عارضی اوورولٹیج واقعات کے دوران فوری حفاظت فراہم کرتے ہوئے۔

ایک سمتی اور دو سمتی ٹی وی ایس ڈائیوڈز میں کیا فرق ہے؟

ایک سمتی ٹی وی ایس ڈائیوڈز ڈی سی سرکٹس کے لیے موزوں ہوتے ہیں اور ایک ہی سمت میں وولٹیج اسپائیکس کو روکتے ہیں، جبکہ دو سمتی والے اے سی سگنل کے ماحول میں دونوں سمت سے آنے والے وولٹیج اسپائیکس کو سنبھالتے ہیں۔

پی سی بی لے آؤٹ پر ٹی وی ایس ڈائیوڈز کی جگہ کیوں اہم ہے؟

ٹی وی ایس ڈائیوڈز کو آئی/او کنکٹرز کے قریب ہونا چاہیے تاکہ جزوی انڈکٹنس کے اثرات کو کم کیا جا سکے اور عارضی وولٹیج اسپائیکس کو فوری طور پر روکا جا سکے، جس سے موثر سرکٹ حفاظت یقینی بن سکے۔