Aké problémy by ste si mali všímať pri návrhu rozloženia TVS diód v komunikačných zariadeniach?

一, Presná kontrola rozloženia fyzickej polohy
1. Optimalizácia priestorovej väzby medzi ochrannými uzlami a zdrojmi rušenia
Diódy TVS by mali byť rozmiestnené v oblasti priesečníka medzi signálnymi linkami a externými rozhraniami, ako sú USB rozhrania, ethernetové porty, anténne konektory atď. Ako príklad uvedieme určitý typ priemyselného smerovača, ochranný modul TVS jeho rozhrania RJ45 nie je vzdialený viac ako 8 mm od signálneho kolíka PHY čipu, ktorý upína ESD impulz pred pripojením k PCB kabeláži. Táto stratégia rozloženia môže znížiť vplyv parazitnej indukčnosti na napätie svorky. Experimentálne údaje ukazujú, že keď sa vzdialenosť medzi TVS a rozhraním skráti z 20 mm na 5 mm, amplitúda kolísania svorkového napätia sa môže znížiť o 40 %.
2. Rozmiestnenie klastrových ochranných jednotiek
Vo vysoko{0}}rýchlostných signálových rozhraniach, ako sú HDMI 2.1 a PCIe 5.0, je na dosiahnutie diferenciálnej párovej ochrany potrebné viac-kanálové pole TVS. Prípad návrhu základňovej stanice 5G ukazuje, že nasadenie 4-kanálových TVS čipov v rozsahu 10 mm diferenciálnych signálových vedení vstupujúcich do PCB v kombinácii s 3D elektromagnetickou simuláciou na optimalizáciu topológie smerovania znižuje medzikanálové presluchy pod -60 dB. Toto usporiadanie môže účinne potlačiť konverziu rušenia spoločného režimu na signály diferenciálneho režimu.
3. Stereoskopická konštrukcia úrovní ochrany
Pre viac{0}}vrstvový návrh PCB je potrebné vytvoriť troj{1}}úrovňový ochranný systém „ochranná vrstva oblasti ochrany jadra ochrannej vrstvy“. Návrh prepínača dátového centra využíva túto architektúru: TVS v balení SMD je nasadený na vrstve rozhrania, vysokovýkonný TVS v balíku PTH-je nastavený v rovine napájania a pole TVS s nízkou kapacitou je nakonfigurované v oblasti jadra CPU. Táto vrstvená ochrana zvyšuje úspešnosť zariadenia, ktoré prešlo testom IEC 61000-4-5 8/20 μs 6kV prepätím, na 99,7 %.
2, Štandardizácia Implementácia návrhu elektrického zapojenia
1. Diferencované zaobchádzanie s uzemňovacím systémom
Uzemňovacia dráha TVS by mala dodržiavať princíp „nízky odpor nezávislý od blízkosti“. Konštrukcia určitého komunikačného modulu vozidla ukazuje, že uzemňovací kolík TVS je priamo pripojený k vnútornej medenej fólii GND cez štyri priechodné otvory v kombinácii s 0,5 mm širokým krátkym medeným pásikom, aby sa znížila impedancia uzemnenia pod 3 m Ω. Pre zariadenia s kovovým krytom sa odporúča použiť štruktúru "hviezdicového uzemnenia", kde je uzemňovací kolík TVS pripojený k uzemňovaciemu stĺpiku krytu pomocou nezávislého vodiča, aby sa zabránilo vytvoreniu slučky s digitálnym uzemnením.
2. Záruka integrity signálneho obvodu
Pri diferenciálnej ochrane signálu je potrebné zabezpečiť, aby uzemňovací kolík TVS tvoril minimálnu oblasť slučky so spätnou cestou signálu. Dizajn optického modulu 10 Gb/s využíva štruktúru „koplanárny vlnovod + ochrana TVS“, kde je čip TVS nasadený priamo pod diferenciálnym párom a návrat signálu sa dosahuje cez vnútornú rovinu GND s hrúbkou 0,2 mm. Výsledky simulácie ukazujú, že toto rozloženie riadi kolísanie rozdielovej impedancie v rozmedzí ± 5 % a zvyšuje okraj diagramu oka o 15 %.
3. Redundantný návrh ochrannej siete
Pre kritické signálové kanály sa odporúča použiť mechanizmus dvojitej ochrany „hlavná ochrana+pomocná ochrana“. Určitý satelitný komunikačný terminál je navrhnutý tak, aby rozmiestnil hlavné pole TVS na prednom konci RF-pridávania pomocného TVS na vstup zmiešavača, pričom tieto dva sú elektricky izolované pomocou magnetických guľôčok. Táto konštrukcia zaisťuje, že zariadenie si udrží chybovosť 10 ^ -12, keď je vystavené kontaktnému výboju IEC 61000-4-2 ± 15 kV.
3, Technická implementácia zabezpečenia integrity signálu
1. Jemne vyladené riadenie parazitných parametrov
Parametre balenia TVS majú významný vplyv na kvalitu signálu. Porovnanie návrhu vysokorýchlostného obvodu ADC ukazuje, že použitie puzdra 0402 TVS (parazitná indukčnosť asi 0,5 nH) zvyšuje parameter S21 o 2 dB v porovnaní s puzdrom 0603 (parazitná indukčnosť 1,2 nH). Pre signály na úrovni GHz sa odporúča použiť balíky s nízkou indukčnosťou, ako sú DFN a QFN, a optimalizovať rozloženie podložky pomocou 3D simulácie elektromagnetického poľa na ovládanie parazitných parametrov v prijateľnom rozsahu.
2. Impedančné prispôsobenie ochrannej siete
Vo vysoko{0}}rýchlostných digitálnych rozhraniach musia ochranné siete TVS dosiahnuť impedančné prispôsobenie prenosovým linkám. Konštrukcia rozhrania PCIe 4.0 využíva prispôsobovaciu schému „rezistora TVS+series“, ktorá úpravou hodnoty odporu znižuje impedanciu ochranného uzla zo 120 Ω na 100 Ω ± 5 %. Testy odrazu v časovej oblasti ukazujú, že tento dizajn znižuje prekmit signálu o 30 % a zvyšuje výšku očí o 25 %.
3. Spoločná optimalizácia tepelného návrhu
Prechodný stratový výkon TVS bude mať za následok výrazné zvýšenie teploty, čo ovplyvní ochranný výkon. Konštrukcia vysokovýkonného{1}}modulu TVS využíva štruktúru odvádzania tepla „medený substrát + tepelný prechod“. Usporiadaním tepelnej spojky s priemerom 0,3 mm (rozstup otvorov 1,5 mm) pod čip sa teplota spoja zníži o 20 stupňov. Pre viackanálové ochranné aplikácie sa odporúča použiť dizajn „rozmiestnené rozloženie + drážka tepelnej izolácie“, aby sa zabránilo zníženiu výkonu spôsobenému tepelnou väzbou.
4, Paradigma rozloženia pre typické scenáre aplikácie
1. Usporiadanie ochrany napájacieho portu
V AC-jednosmerných konverzných obvodoch by mal byť TVS nasadený za usmerňovacím mostíkom a pred filtračným kondenzátorom. Určitý dizajn komunikačného napájacieho zdroja využíva štruktúru filtrovania typu "π - + TVS", pričom TVS je paralelne zapojený na vstupnom konci a kondenzátory X/Y na dosiahnutie viac-úrovňovej ochrany. Testovacie údaje ukazujú, že toto usporiadanie zvyšuje pomer potlačenia rušenia v bežnom režime o 30 dB a pomer rušenia v diferenciálnom režime o 25 dB.
2. Rozloženie prednej-ochrany RF
Pre základňové stanice 5G NR je potrebné nasadiť TVS pred nízkošumovým zosilňovačom (LNA) a prijať hybridnú schému ochrany „obmedzovač + TVS“. Návrh makro základňovej stanice ukazuje, že čip TVS je umiestnený 15 mm za anténnym portom a na dosiahnutie dynamického ochranného rozsahu -10 dBm až +25dBm sa používa obmedzovač. Tento dizajn riadi zníženie citlivosti príjmu v rámci 0,5 dB.
3. Usporiadanie ochrany vysokorýchlostného-digitálneho rozhrania
V rozhraní 100G Ethernet je potrebné navrhnúť ochranu TVS v spojení s Retimer. Konštrukcia prepínača dátového centra využíva štruktúru "TVS pole + bežný režim tlmivky", nasadzuje TVS na vstup re timera a upravuje indukčnosť cievky tlmivky (100nH@100MHz) Realizuje rovnováhu medzi ochranou a integritou signálu. Testy ukázali, že tento dizajn neustále udržiava chybovosť pod 10 ^ -15.
5, Metodika validácie a optimalizácie
1. Systém overovania simulácie
Vytvorte multidimenzionálnu overovaciu platformu pozostávajúcu zo simulácie obvodu SPICE, 3D elektromagnetickej simulácie a tepelnej simulácie. Návrh komunikačného modulu bol optimalizovaný pre rozloženie TVS prostredníctvom simulácie Ansys HFSS, čo viedlo k 40% zvýšeniu účinnosti ESD ochrany; Overte integritu signálu prostredníctvom simulácie Cadence Sigrity, aby ste zaistili 100 % priechodnosť pre šablóny diagramov oka.
2. Proces testovania a overovania
Vytvorte duálny overovací mechanizmus „laboratórne testovanie+testovanie{1}}na mieste“. Laboratórne testovanie by malo pokrývať normy série IEC 61000-4 a testovanie na mieste by sa malo zamerať na overenie ochranného výkonu v zložitých elektromagnetických prostrediach. Určité železničné tranzitné komunikačné zariadenie zhromaždilo viac ako 2 000 súborov údajov o udalostiach ESD prostredníctvom skutočného testovania na 10 typických staniciach a priebežne optimalizovalo plán ochrany.
3. Analýza režimu zlyhania
Vytvorte databázu porúch TVS a vykonajte analýzu základných príčin v režimoch porúch, ako je otvorený obvod, skrat a únik. Určitý prípad ukazuje, že poruchovosť spôsobená prasklinami podložky TVS predstavuje 35 %. Optimalizáciou návrhu zostavy dosiek plošných spojov a procesu spájkovania sa miera zlyhania tohto typu znížila pod 0,5 %.
https://www.trrsemicon.com/transistor/voltage-regulators/surface-mount-super-rýchle-recovery-rectifier.html