Bài viết này phân tích toàn diện nguyên lý hoạt động, các tình huống ứng dụng và xu hướng phát triển trong tương lai của linh kiện TVS dùng cho bảo vệ chống tĩnh điện và sét đánh trong thiết bị viễn thông, phù hợp cho bộ định tuyến, module quang, cổng USB, LAN và các loại giao tiếp khác.
I. Các mối đe dọa từ hiện tượng quá áp đối với thiết bị viễn thông
Các hệ thống viễn thông hiện đại, bao gồm bộ định tuyến (router), bộ thu phát quang và bộ chuyển mạch mạng, thường được triển khai trong môi trường phức tạp khiến chúng tiếp xúc với nhiều hiện tượng xung điện áp. Những hiện tượng này bao gồm phóng điện tĩnh (ESD), xung điện từ do sét (LEMP) và điện áp dư được ghép nối thông qua đường dây điện. Các xung điện áp như vậy không chỉ làm gián đoạn việc truyền tín hiệu mà còn có thể gây tổn hại vĩnh viễn cho các mạch tích hợp nhạy cảm, dẫn đến hệ thống ngừng hoạt động và chi phí thay thế thiết bị tốn kém.
II. Nguyên lý hoạt động và ưu điểm của điốt TVS
Điốt Triệt Tiêu Điện Áp Xung (TVS) là các linh kiện bán dẫn được thiết kế đặc biệt để triệt tiêu các điện áp xung. Cơ chế hoạt động của chúng bao gồm việc dẫn điện nhanh chóng—thường là trong vài nanosecond—khi điện áp trên đường dây vượt quá ngưỡng đánh thủng của thiết bị. Năng lượng dư thừa sẽ được chuyển hướng ra khỏi mạch được bảo vệ và tiêu tán một cách an toàn, từ đó ngăn chặn hiện tượng thiết bị bị quá áp điện.
So với các phương pháp bảo vệ truyền thống như varistor hoặc tụ điện gốm, diode TVS có thời gian phản ứng nhanh hơn, dòng rò thấp hơn và kiểu dáng gọn nhẹ. Những đặc điểm này khiến chúng đặc biệt phù hợp để bảo vệ các đường dữ liệu, cổng USB, bộ thu phát LAN, đầu nối HDMI và các giao diện truyền dẫn tốc độ cao khác.
III. Trường hợp sử dụng: Bảo vệ cổng Ethernet RJ45
Trong các mạng Ethernet gigabit và 10-gigabit, các chân tín hiệu vi sai trên tầng PHY rất dễ bị ảnh hưởng bởi điện áp xung do sét đánh hoặc các đột biến điện gần đó. Diode TVS thường được đặt giữa cổng RJ45 và chip PHY để tạo thành hàng rào phòng thủ đầu tiên, hiệu quả trong việc triệt tiêu các xung điện trước khi chúng tiếp cận lớp logic tinh vi.
Việc sử dụng các linh kiện TVS có điện dung thấp—thường dưới 1 picofarad—đảm bảo tính toàn vẹn của tín hiệu vẫn được duy trì ngay cả ở tốc độ dữ liệu vượt mức hàng trăm megabit hoặc nhiều gigabit mỗi giây.
IV. Trường hợp sử dụng: Bảo vệ ESD cho các Mô-đun Quang học và Cổng USB
Các mô-đun quang học như SFP+ hoặc QSFP chứa các bộ phát laze và mạch điều khiển có độ nhạy cao. Trong quá trình bảo trì hoặc lắp đặt, các cổng này tiếp xúc với hiện tượng xả tĩnh điện do con người gây ra (ESD). Các điốt TVS được lắp đặt theo cấu hình song song sẽ nhanh chóng tiêu tán các điện tích này, bảo vệ các chân kết nối của mô-đun khỏi hiện tượng đánh thủng điện môi hoặc hư hại do nhiệt.
Tương tự, các giao diện USB – phổ biến rộng rãi trong các thiết bị điện tử tiêu dùng và hệ thống nhúng – đòi hỏi phải có sự bảo vệ đa đường. Mỗi đường điện và đường dữ liệu đều phải được bảo vệ riêng biệt bằng các linh kiện TVS có điện dung kí sinh thấp và đặc tính chuyển mạch nhanh để đáp ứng cả các tiêu chuẩn USB 2.0/3.0 và khả năng chống chịu ESD.
V. Tiêu chí Lựa chọn và Phát triển trong Tương lai
Kỹ sư cần đánh giá một số thông số chính khi lựa chọn điốt TVS:
Điện áp Kẹp: Phải thấp hơn ngưỡng chịu đựng tối đa của vi mạch nhưng cao hơn điện áp hoạt động bình thường;
Công suất xung cực đại: Xác định khả năng hấp thụ năng lượng;
Điện dung tiếp điểm: Yếu tố quan trọng trong các ứng dụng dữ liệu tốc độ cao;
Loại vỏ: Chọn từ SOD-123, SOT-23, DFN0603, v.v., tùy thuộc vào mật độ PCB và thiết kế tản nhiệt.
Với sự gia tăng trong việc áp dụng 5G, Ethernet ô tô và các hệ thống điện toán biên, công nghệ TVS đang phát triển theo hướng tích hợp mảng nhiều kênh, thiết kế siêu thấp điện dung và kiến trúc bảo vệ ESD/sét thống nhất.
Diod TVS | Thiết bị bảo vệ truyền thông | Bảo vệ xung điện cho giao diện
EN
