TVS二極管介紹及應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間:2019-03-13 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】便攜式設(shè)備的ESD保護(hù)十分重要,而TVS二極管是一種十分有效的保護(hù)器件,與其它器件相比有其獨(dú)特的優(yōu)勢,但在應(yīng)用時(shí)應(yīng)當(dāng)針對不同的保護(hù)對象來選用器件,因?yàn)椴煌亩丝诳赡苁艿降撵o電沖擊有所不同,不同器件要求的保護(hù)程度也有不同。要注意相應(yīng)的參數(shù)鑒別以及各個(gè)生產(chǎn)商的不同設(shè)計(jì),同時(shí)還要進(jìn)行合理的PCB布局。本文介紹在便攜式設(shè)備的ESD保護(hù)中如何應(yīng)用TVS二極管器件。
便攜式設(shè)備如筆記本電腦、手機(jī)、PDA、MP3播放器等,由于頻繁與人體接觸極易受到靜電放電(ESD)的沖擊,如果沒有選擇合適的保護(hù)器件,可能會造成機(jī)器性能不穩(wěn)定,或者損壞。更壞的情況是查不出確切的原因,使用戶誤認(rèn)為是產(chǎn)品質(zhì)量問題而損壞企業(yè)信譽(yù)。
一般情況下,對此類設(shè)備暴露在外面可能與人體接觸的端口都要求進(jìn)行防靜電保護(hù),如鍵盤、電源接口、數(shù)據(jù)口、I/O口等等?,F(xiàn)在比較通用的ESD標(biāo)準(zhǔn)是IEC61000-4-2,應(yīng)用人體靜電模式,測試電壓的范圍為2kV~15kV(空氣放電),峰值電流最高為20A/ns,整個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間不超過60ns。在這樣的脈沖下所產(chǎn)生的能量總共不超過幾百個(gè)微焦?fàn)?,但卻足以損壞敏感元器件。
便攜式設(shè)備所采用的IC器件大多是高集成度、小體積產(chǎn)品,精密的加工工藝使硅晶氧化層非常薄,因而更易擊穿,有的在20V左右就會受到損傷。傳統(tǒng)的保護(hù)方法已不再普遍適用,有的甚至還會造成對設(shè)備性能的干擾。
TVS二極管的特點(diǎn)
可用于便攜式設(shè)備的ESD保護(hù)器件有很多,例如設(shè)計(jì)人員可用分立器件搭建保護(hù)回路,但由于便攜設(shè)備對于空間的限定以及避免回路自感,這種方法已逐漸被更加集成化的器件所替代。多層金屬氧化物器件、陶瓷電容還有二極管都可以有效地進(jìn)行防護(hù),它們的特性及表現(xiàn)各有不同,TVS二極管在此類應(yīng)用中的獨(dú)特表現(xiàn)為其贏得了越來越大的市場。
TVS二極管最顯著的特點(diǎn)一是反應(yīng)迅速,使瞬時(shí)脈沖在沒有對線路或器件造成損傷之前就被有效地遏制,二是截止電壓比較低,更適用于電池供電的低電壓回路環(huán)境。另外對TVS二極管設(shè)計(jì)的改進(jìn)使其具有更低的漏電流和結(jié)電容,因而在處理高速率傳導(dǎo)回路的靜電沖擊時(shí)有更理想的性能表現(xiàn)。
TVS二極管的優(yōu)勢
TVS與齊納二極管:與傳統(tǒng)的齊納二極管相比,TVS二極管P/N結(jié)面積更大,這一結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)使TVS具有更強(qiáng)的高壓承受能力,同時(shí)也降低了電壓截止率,因而對于保護(hù)手持設(shè)備低工作電壓回路的安全具有更好效果。
VS與陶瓷電容:很多設(shè)計(jì)人員愿意采用表面貼裝的陶瓷電容作ESD保護(hù),不但便宜而且設(shè)計(jì)簡便,但這類器件對高壓的承受力卻比較弱。5kV的沖擊會造成約10%陶瓷電容失效,到10kV時(shí),損壞率達(dá)到60%,而TVS可以承受15kV電壓。在手持設(shè)備的使用過程中,由于與人體頻繁接觸,各個(gè)端口必須至少能夠承受8kV接觸沖擊(IEC61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)),可見使用TVS可以有效保證最終產(chǎn)品的合格率。
TVS與MLV:多層金屬氧化物結(jié)構(gòu)器件(MLV)也可以進(jìn)行有效的瞬時(shí)高壓沖擊抑制,此類器件具有非線性電壓-電流(阻抗表現(xiàn))關(guān)系,截止電壓可達(dá)最初中止電壓的2~3倍,這種特性適合用于對電壓不太敏感的線路和器件的保護(hù),如電源回路。而TVS二極管具有更好的電壓截止因子,同時(shí)還具有較低的電容,這一點(diǎn)對于手持設(shè)備的高頻端口非常重要,因?yàn)檫^高的電容會影響數(shù)據(jù)傳輸,造成失真或是降級。TVS二極管的各種表面封裝均適合流水線裝配的要求,而且芯片結(jié)構(gòu)便于集成其它的功能,如EMI和RFI過濾保護(hù)等,可有效降低器件成本,優(yōu)化整體設(shè)計(jì)。
另一個(gè)不能忽略的特點(diǎn)是二極管可以很方便地與其它器件集成在一個(gè)芯片上,現(xiàn)有很多將EMI過濾和RFI防護(hù)等功能與TVS集成在一起的器件,不但減少設(shè)計(jì)所采用的器件數(shù)目降低成本,而且也避免PCB板上布線時(shí)易誘發(fā)的伴生自感。
TVS器件的選用
在選用TVS時(shí),應(yīng)考慮以下幾個(gè)主要因素:
(1)若TVS有可能承受來自兩個(gè)方向的尖峰脈沖電壓(浪涌電壓)沖擊時(shí),應(yīng)當(dāng)選用雙極性的,否則可選用單極性。
(2)所選用TVS的Vc值應(yīng)低于被保護(hù)元件的最高電壓。Vc是二極管在截止?fàn)顟B(tài)的電壓,也就是在ESD沖擊狀態(tài)時(shí)通過TVS的電壓,它不能大于被保護(hù)回路的可承受極限電壓,否則器件面臨被損壞的危險(xiǎn)。
(3)TVS在正常工作狀態(tài)下不要處于擊穿狀態(tài),最好處于VR以下,應(yīng)綜合考慮VR和VC兩方面的要求來選擇適當(dāng)?shù)腡VS。
(4)如果知道比較準(zhǔn)確的浪涌電流IPP,則可利用VCIpp來確定功率;如果無法確定IPP的大致范圍,則選用功率大些的TVS為好。PM是TVS能承受的最大峰值脈沖功率耗散值。在給定的最大箝位電壓下,功耗PM越大,其浪涌電流的承受能力越大;在給定的功耗PM下,箝位電壓VC越低,其浪涌電流的承受能力越大。另外,峰值脈沖功耗還與脈沖波形、持續(xù)時(shí)間和環(huán)境溫度有關(guān)。 (5)TVS所能承受的瞬態(tài)脈沖是不重復(fù)的,器件規(guī)定的脈沖重復(fù)頻率(持續(xù)時(shí)間與間歇時(shí)間之比)為0.01%。如果電路內(nèi)出現(xiàn)重復(fù)性脈沖,應(yīng)考慮脈沖功率的累積,不然有可能損壞TVS。
(6)對于小電流負(fù)載的保護(hù),可有意識地在線路中增加限流電阻,只要限流電阻的阻值適當(dāng),一般不會影響線路的正常工作,但限流電阻對干擾所產(chǎn)生的電流卻會大大減小。但這樣可能選用峰值功率較小的TVS管來對小電流負(fù)載線路進(jìn)行保護(hù)。
(7)電容量C是由TVS雪崩結(jié)截面決定的,這是在特定的1 MHz頻率下測得的。C的大小與TVS的電流承受能力成正比,C太大將使信號衰減。因此,C是數(shù)據(jù)接口電路選用TVS的重要參數(shù)。對于數(shù)據(jù)/信號頻率越高的回路,二極管的電容對電路的干擾越大,形成噪聲或衰減信號強(qiáng)度也大,因此,需要根據(jù)回路的特性來決定所選器件的電容范圍。高頻回路一般選擇電容應(yīng)盡量小(如LCTVS、低電容TVS,電容不大于3 pF),而對電容要求不高的回路,電容的容量選擇可高于40pF。
(8)為了滿足IEC61000-4-2國際標(biāo)準(zhǔn),TVS二極管必須達(dá)到可以處理最小8 KV(MB,接觸)和15 kV(BM,空氣)的ESD沖擊,有的半導(dǎo)體生產(chǎn)廠商在自己的產(chǎn)品上使用了更高的抗沖擊標(biāo)準(zhǔn)。而對于某些有特殊要求的便攜設(shè)備應(yīng)用,設(shè)計(jì)者可以按需要挑選器件。
ESD應(yīng)用
1.底部連接器的應(yīng)用
底部連接器設(shè)計(jì)廣泛應(yīng)用在移動(dòng)消費(fèi)類產(chǎn)品上,目前市場上應(yīng)用產(chǎn)品主要為移動(dòng)電話、PDA、DSC(數(shù)碼相機(jī))以及MP3等便攜產(chǎn)品。
由于是直流回路,可選用高電容器件。此端口可能會受到高能量的沖擊,可以選用集成了TVS和過流保護(hù)功能的器件。
2 RJ-45(10/100M以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò))
RJ-45接口廣泛應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)連接的接口設(shè)備上,典型的應(yīng)用就是10/100M以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。
3. 視頻線路的保護(hù)
目前視頻常見的輸出端口設(shè)計(jì)有D-SUB、DVI(28線)、SCART(19線)和D-TERMINAL(主要日系產(chǎn)品在用)。視頻數(shù)據(jù)線具有高數(shù)據(jù)傳輸率,數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)480Mbps,有的視頻數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到1G以上,因而要選擇低電容LCTVS,它通常是將一個(gè)低電容二極管與TVS二極管串聯(lián),以降低整個(gè)線路的電容(可低于3pF),達(dá)到高速率回路的要求。
4. SIM卡數(shù)據(jù)線路保護(hù)
SIM卡數(shù)據(jù)線路保護(hù)一直是各個(gè)公司的產(chǎn)品重點(diǎn),而且專門為此類端口設(shè)計(jì)的集ESD(TVS)/EMI/RFI防護(hù)于一個(gè)芯片的器件,充分體現(xiàn)了片式器件的無限集成方案。
在針對不同用途選擇器件時(shí),要避免使器件工作在其設(shè)計(jì)參數(shù)極限附近,還應(yīng)根據(jù)被保護(hù)回路的特征及可能承受ESD沖擊的特征選用反應(yīng)速度足夠快、敏感度足夠高的器件,這對于有效發(fā)揮保護(hù)器件的作用十分關(guān)鍵,另外集成了其它功能的器件也應(yīng)當(dāng)首先考慮。
5. USB保護(hù)
一般USB的ESD保護(hù)分上行和下行兩種情況。
推薦閱讀:
特別推薦
- 兆易創(chuàng)新GD32F30x STL軟件測試庫獲得德國萊茵TüV IEC 61508功能安全認(rèn)證
- 芯科科技第三代無線開發(fā)平臺引領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展
- MSO 4B 示波器為工程師帶來更多臺式功率分析工具
- 艾為電子推出新一代高線性度GNSS低噪聲放大器——AW15745DNR
- 瑞薩發(fā)布四通道主站IC和傳感器信號調(diào)節(jié)器, 以推動(dòng)不斷增長的IO-Link市場
- e絡(luò)盟現(xiàn)貨供應(yīng) Abracon 新推出的 AOTA 系列微型鑄型電感器
- 加賀富儀艾電子推出支持Wi-Fi 6和藍(lán)牙的無線局域網(wǎng)/藍(lán)牙組合模塊
技術(shù)文章更多>>
- 數(shù)字驅(qū)動(dòng)工業(yè),智能賦能制造 AMTS & AHTE SOUTH CHINA 2024同期會議全公開!
- 團(tuán)體觀展招募!104CEF開啟組團(tuán)觀眾通道,解鎖更多禮遇
- 觸摸式OLED顯示屏有望重新定義汽車用戶界面
- 用Python自動(dòng)化雙脈沖測試
- 揭秘電動(dòng)汽車中直流鏈路電容器的奧秘(上)
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
SPANSION
SRAM
SSD
ST
ST-ERICSSON
Sunlord
SynQor
s端子線
Taiyo Yuden
TDK-EPC
TD-SCDMA功放
TD-SCDMA基帶
TE
Tektronix
Thunderbolt
TI
TOREX
TTI
TVS
UPS電源
USB3.0
USB 3.0主控芯片
USB傳輸速度
usb存儲器
USB連接器
VGA連接器
Vishay
WCDMA功放
WCDMA基帶
Wi-Fi