【導(dǎo)讀】保護(hù)敏感電子器件免受ESD和EMI浪涌脈沖，瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)二極管是一種的有效低成本選擇。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(yīng)在進(jìn)出PCB的所有位于I/O連接器上的數(shù)據(jù)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(dǎo)線之前被鉗位。另外，PCB應(yīng)使用較短的TVS導(dǎo)線，減少浪涌能量的消耗。將敏感導(dǎo)線放在中心可避免處理過程中發(fā)生ESD。圖1提供了PCB布局建議的實(shí)例。

圖1：PCB布局建議的實(shí)例

接地選擇

若可以，保護(hù)電路應(yīng)將浪涌電壓分流到參考或機(jī)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(dǎo)線減小阻抗可以改善單個接地PCB上TVS二極管的鉗位性能。

圖2: 保護(hù)電路應(yīng)將浪涌電壓分流到參考或機(jī)殼接地

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(fā)生明顯的超調(diào)。用短導(dǎo)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(huán)路區(qū)域

減小高速數(shù)據(jù)和接地線形成的環(huán)路區(qū)域可降低輻射和射頻的影響。特別是導(dǎo)線較長時，緩解環(huán)路問題的一種有效方法是在PCB設(shè)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(huán)路區(qū)域，如圖3。    

圖3: 環(huán)路區(qū)域可降低輻射和射頻的影響

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(fù)載開關(guān)和直流電源總線保護(hù)等應(yīng)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(hù)高速數(shù)據(jù)線。雪崩TVS和二極管陣列經(jīng)常相互替代，但一些電路需要仔細(xì)分析來選擇合適器件。圖4說明當(dāng)存在路徑使電流通過數(shù)據(jù)線流過二極管陣列時將發(fā)生的反向驅(qū)動問題。若VDD2大于VDD1，數(shù)據(jù)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(xiàn)象，如單元不帶電時模塊1中指示器燈發(fā)光。

圖4: 反向驅(qū)動問題

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(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)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(fù)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(yōu)點(diǎn)。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。

圖5: 單向和雙向雪崩TVS二極管的比較

外部和內(nèi)部集成電路保護(hù)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(nèi)部保護(hù)電路。一種限制電流到內(nèi)部保護(hù)電路的選擇是使用串聯(lián)電阻。內(nèi)部保護(hù)電路很能避免組裝中發(fā)生的ESD故障，但是，保護(hù)器件的尺寸相對較小，限制了其承受正常產(chǎn)品使用中發(fā)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(nèi)含大的保護(hù)器件是不實(shí)際的。