Milyen problémákat kell figyelembe venni a kommunikációs berendezések TVS-diódáinak elrendezése során?

一, A fizikai hely elrendezésének pontos vezérlése
1. A védelmi csomópontok és az interferenciaforrások közötti térbeli csatolás optimalizálása
A TVS-diódákat a jelvonalak és a külső interfészek, például USB-interfészek, Ethernet-portok, antennacsatlakozók stb. metszéspontjában kell elhelyezni. Egy bizonyos típusú ipari router példájaként az RJ45-ös interfész TVS-védelmi modulja legfeljebb 8 mm-re van a PHY chip jelérintkezőjétől, amely az ESD-t a PCB-hez való csatlakozás előtt rögzíti. Ez az elrendezési stratégia csökkentheti a parazita induktivitás hatását a bilincs feszültségére. A kísérleti adatok azt mutatják, hogy ha a TVS és az interfész közötti távolságot 20 mm-ről 5 mm-re csökkentjük, a bilincsfeszültség ingadozási amplitúdója 40%-kal csökkenthető.
2. Védőegységek klaszteres telepítése
A nagy sebességű{0}}jelinterfészeknél, mint például a HDMI 2.1 és a PCIe 5.0, több-csatornás TVS-tömbre van szükség a differenciálpár elleni védelem eléréséhez. Az 5G bázisállomás tervezési esete azt mutatja, hogy a 4 csatornás TVS chipek telepítése a NYÁK-ba belépő differenciális jelvonalak 10 mm-es tartományán belül, az útválasztási topológia optimalizálása érdekében 3D elektromágneses szimulációval kombinálva -60 dB alá csökkenti a csatornák közötti áthallást. Ez az elrendezés hatékonyan képes elnyomni a közös módú interferencia differenciális módú jelekké való átalakítását.
3. Védelmi szintek sztereoszkópikus felépítése
A több-rétegű PCB tervezéshez három-szintű védelmi rendszert kell létrehozni: "interfész védőréteg területvédő réteg magvédő réteg". Az adatközponti kapcsolók kialakítása ezt az architektúrát alkalmazza: az SMD-csomagolású TVS-t az interfészrétegben, a PTH-csomagolású, nagy-teljesítményű TVS-t a teljesítménysíkon, és egy alacsony kapacitású TVS-tömböt a CPU magterületén konfigurálnak. Ez a réteges védelem 99,7%-ra növeli az IEC 61000-4-5 8/20 μs 6kV túlfeszültség-tesztet teljesítő berendezések sikerességét.
2, Szabványosítás Elektromos csatlakozástervezés megvalósítása
1. A földelőrendszer differenciált kezelése
A TVS földelési útvonalának követnie kell a „közelségfüggetlen alacsony ellenállás” elvét. Egy bizonyos jármű kommunikációs moduljának kialakítása azt mutatja, hogy a TVS földelőtüske négy átmenő furaton keresztül közvetlenül csatlakozik a belső GND rézfóliához, egy 0,5 mm széles rövid rézszalaggal kombinálva, hogy a földelési impedanciát 3 m Ω alá csökkentse. Fémházas készülékeknél javasolt a "csillag alakú földelés" szerkezet alkalmazása, ahol a TVS földelőtüske független vezetéken keresztül csatlakozik a ház földelőoszlopához, nehogy hurok alakuljon ki a digitális földeléssel.
2. A jeláramkör integritásának garanciája
A jelkülönbségvédelemnél gondoskodni kell arról, hogy a TVS földelő érintkezője a jel visszatérési útjával a minimális hurokfelületet képezze. A 10 Gbps-os optikai modul felépítése a "koplanáris hullámvezető+TVS védelem" struktúrát alkalmazza, ahol a TVS chip közvetlenül a differenciálpár alatt van elhelyezve, és a jelvisszaadás egy 0,2 mm vastag belső GND síkon keresztül történik. A szimulációs eredmények azt mutatják, hogy ez az elrendezés szabályozza a differenciális impedancia ingadozását ± 5%-on belül, és 15%-kal növeli a szemdiagram határértékét.
3. Védőhálózat redundáns kialakítása
A kritikus jelcsatornák esetében javasolt egy kettős védelmi mechanizmus, a „fővédelem+kiegészítő védelem” alkalmazása. Egy bizonyos műholdas kommunikációs terminál úgy van kialakítva, hogy egy fő TVS-tömböt telepítsen az RF előlapon-, miközben egy kiegészítő TVS-t ad hozzá a keverő bemenetéhez, és a kettő elektromosan el van választva mágneses gyöngyökön keresztül. Ez a kialakítás biztosítja, hogy az eszköz 10 ^ -12 hibaarányt tartson fenn, ha az IEC 61000-4-2 ± 15 kV kontaktkisülésnek van kitéve.
3, A jelintegritás-biztosítás technikai megvalósítása
1. Parazita paraméterek finomhangolása
A TVS csomagolási paraméterei jelentős hatással vannak a jel minőségére. A nagy sebességű ADC áramkör tervezésének összehasonlítása azt mutatja, hogy a 0402-es csomag TVS (parazita induktivitás körülbelül 0,5 nH) használata 2 dB-lel növeli az S21 paramétert a 0603 csomaghoz (1,2 nH parazita induktivitás) képest. A GHz-es szintű jelek esetében javasolt alacsony induktivitású csomagok, például DFN és QFN használata, valamint a pad elrendezésének optimalizálása 3D elektromágneses mező szimulációval a parazita paraméterek elfogadható tartományon belüli szabályozása érdekében.
2. Védőhálózat impedancia illesztése
A nagy sebességű{0}}digitális interfészeknél a TVS-védelmi hálózatoknak el kell érniük az impedanciaillesztést az átviteli vonalakkal. A PCIe 4.0 interfész kialakítása a „TVS+sorozatú ellenállás” illesztési sémát alkalmazza, amely az ellenállás értékének beállításával 120 Ω-ról 100 Ω± 5%-ra csökkenti a védelmi csomópont impedanciáját. Az időtartomány reflexiós tesztjei azt mutatják, hogy ez a kialakítás 30%-kal csökkenti a jel túllövést és 25%-kal növeli a szemmagasságot.
3. Termikus tervezés együttműködési optimalizálása
A TVS átmeneti teljesítménydisszipációja jelentős hőmérséklet-emelkedést eredményez, ami befolyásolja a védelmi teljesítményt. A nagyteljesítményű-TVS-modul kialakítása a "réz szubsztrát+termikus átmenő" hőelvezetési struktúrát alkalmazza. Egy 0,3 mm átmérőjű termikus átmenő tömb elrendezésével (1,5 mm-es lyuktávolság) a chip alatt a csatlakozási hőmérséklet 20 fokkal csökken. Több-csatornás védelmi alkalmazásoknál ajánlatos a "lépcsőzetes elrendezés+hőszigetelő horony" kialakítást alkalmazni, hogy megelőzze a hőcsatolás okozta teljesítményromlást.
4. Elrendezési paradigma tipikus alkalmazási forgatókönyvekhez
1. Tápfeszültség port védelmi elrendezés
Az AC-DC átalakító áramkörökben a TVS-t az egyenirányító híd után és a szűrőkondenzátor előtt kell telepíteni. Egy bizonyos kommunikációs tápegység "π - típusú szűrés+TVS" struktúrát alkalmaz, a bemeneti végén párhuzamosan csatlakoztatott TVS-szel és X/Y kondenzátorokkal a több-szintű védelem elérése érdekében. A tesztadatok azt mutatják, hogy ez az elrendezés 30 dB-lel növeli a közös módú interferencia-elnyomási arányt, és 25 dB-lel a differenciális módú interferencia-elnyomási arányt.
2. RF előlapi-védelmi elrendezés
Az 5G NR bázisállomások esetében a TVS-t az alacsony zajszintű erősítő (LNA) előtt kell telepíteni, és át kell venni a „limiter+TVS” hibrid védelmi rendszert. A makró bázisállomás tervezése azt mutatja, hogy a TVS chip 15 mm-rel az antennaport mögött van elhelyezve, és egy limitert használnak a -10 dBm és +25 dBm közötti dinamikus védelmi tartomány eléréséhez. Ez a kialakítás 0,5 dB-en belül szabályozza a vételi érzékenység csökkenését.
3. A nagy sebességű-digitális interfész védelem elrendezése
A 100G Ethernet interfészben a TVS védelmet az időzítővel együtt kell megtervezni. Az adatközponti kapcsolók kialakítása a „TVS tömb+közös módú fojtó” struktúrát alkalmazza, a TVS-t az újraidőzítő bemenetén telepíti, és beállítja a fojtótekercs induktivitását (100nH@100MHz) Egyensúlyt teremt a védelem és a jel integritása között. A tesztek kimutatták, hogy ez a kialakítás következetesen 10 ^ -15 alatt tartja a hibaarányt.
5, Validálási és optimalizálási módszertan
1. Szimulációs ellenőrző rendszer
Hozzon létre egy többdimenziós ellenőrző platformot, amely SPICE áramkör szimulációból, 3D elektromágneses szimulációból és hőszimulációból áll. A kommunikációs modul tervezését az Ansys HFSS szimulációjával a TVS-elrendezéshez optimalizálták, ami 40%-kal növelte az ESD-védelem hatékonyságát; Ellenőrizze a jel integritását Cadence Sigrity szimulációval, hogy biztosítsa a szemdiagram-sablonok 100%-os áthaladási arányát.
2. Tesztelési és ellenőrzési folyamat
Kettős érvényesítési mechanizmus kidolgozása: „laboratóriumi tesztelés+-helyszíni tesztelés”. A laboratóriumi vizsgálatoknak ki kell terjedniük az IEC 61000-4 sorozat szabványaira, a helyszíni tesztelésnek pedig a védelmi teljesítmény ellenőrzésére kell összpontosítania összetett elektromágneses környezetben. Egy bizonyos vasúti tranzit kommunikációs berendezés több mint 2000 ESD eseményadat-készletet gyűjtött össze 10 tipikus állomáson végzett tényleges tesztelés során, és folyamatosan optimalizálta a védelmi tervet.
3. Hibamód elemzés
Hozzon létre egy TVS meghibásodási adatbázist, és végezzen alapvető okok elemzését a meghibásodási módokon, például szakadt áramkörön, rövidzárlaton és szivárgáson. Egy bizonyos eset azt mutatja, hogy a TVS betétrepedések okozta meghibásodási arány 35%-ot tesz ki. A NYÁK-verem tervezésének és forrasztási folyamatának optimalizálásával ennek a típusnak a meghibásodási aránya 0,5% alá csökkent.
https://www.trrsemicon.com/transistor/voltage-regulators/surface-mount-szuper-fast-recovery-rectifier.html