瞬態電壓抑制器(TVS)二極管性能優化指南

　　瞬態電壓抑制器(TVS)二極管是一種保護敏感電子器件免受ESD和EMI浪涌脈沖的有效低成本選擇。

　　本文將提供TVS二極管浪涌最大抑制的PCB布局指南。同時將舉例說明在不同電路配置中如何取舍TVS二極管。

PCB布局指南

位置

　　TVS器件應在進出PCB的所有位于I/O連接器上的數據和電源線上使用。使TVS器件盡量接近噪聲源，確保浪涌電壓可以在脈沖耦合到鄰近PCB導線之前被鉗位。另外，PCB應使用較短的TVS導線，減少浪涌能量的消耗。將敏感導線放在中心可避免處理過程中發生ESD。圖1提供了PCB布局建議的實例。

接地選擇

　若可以，保護電路應將浪涌電壓分流到參考或機殼接地，如圖2。將浪涌電壓直接分流到集成電路的信號地會引起接地反彈。用相對短和寬的接地導線減小阻抗可以改善單個接地PCB上TVS二極管的鉗位性能。

寄生電感

　PCB布局和集成電路封裝寄生電感會引起TVS鉗位電壓發生明顯的超調。用短導線和多層分立地和電源板可以減小PCB的電感。選擇小型的表面貼裝可以減少封裝的電感。

環路區域

　減小高速數據和接地線形成的環路區域可降低輻射和射頻的影響。特別是導線較長時，緩解環路問題的一種有效方法是在PCB設計中包含一塊接地板，增大TVS器件，為集成電路之間的分離距離提供隔離。但它會增大環路區域，如圖3。

器件選擇指南

雪崩TVS與二極管陣列的比較

　雪崩TVS二極管的高浪涌額定值，但是相對較大的電容使該器件更適合作為負載開關和直流電源總線保護等應用中的首選。相反，二極管陣列的中等浪涌額定值和小電容適合于保護高速數據線。雪崩TVS和二極管陣列經常相互替代，但一些電路需要仔細分析來選擇合適器件。圖4說明當存在路徑使電流通過數據線流過二極管陣列時將發生的反向驅動問題。若VDD2大于VDD1，數據線可能會為模塊1提供功率。這種情況會引起邏輯集成電路的上電問題和異常現象，如單元不帶電時模塊1中指示器燈發光。

單向和雙向雪崩TVS二極管的比較

　單向和雙向雪崩TVS二極管的不同擊穿電壓(VBR)在特定應用中的優點不同。單向器件的偏置擊穿電壓為VBR，正向偏置擊穿電壓等于二極管的正向電壓(VF)。相反，雙向器件的擊穿電壓等于VBR.用于負浪涌電壓的單向器件的低擊穿電壓通常是直流電源線和單個電源供電集成電路的優點。相反，雙向器件的對稱擊穿電壓一般在差動輸入或輸出放大器中有更好的聲音性能，如圖5所示。

外部和內部集成電路保護電路的比較

　理想的外部TVS器件將吸收浪涌脈沖的全部能量。但是，部分浪涌電流能量可能通過集成電路的內部保護電路。一種限制電流到內部保護電路的選擇是使用串聯電阻。內部保護電路很能避免組裝中發生的ESD故障，但是，保護器件的尺寸相對較小，限制了其承受正常產品使用中發生的浪涌能力。二極管的浪涌能力與其大小成正比，而且要求集成電路內含大的保護器件是不實際的。