过去,瞬态电压抑制(TVS)二极管能有效地箝位电路板上的瞬态。通常的TVS二极管是固态PN结器件,在电压低到5V时工作得很好。它们具有所希望的所有特性:快速响应时间、低箝位电压和高电流浪涌。普通的YVS二极管具有与电压相关的电容,即电压降低电容增加。例如,在5V时,一个典型的ESD保护器件大概有400pF结电容。这认为是在100Base-T Ethernet发射器或接收器输入结点或在通用串行总线(USB)输入端上的电容负载。然而正是这类电路最需要瞬态保护。

在电压低于5V时,不能选用普通TVS二极管。新的TVS技术所提供的瞬态和ESD保护可降到的2.8V工作电压。为了满足系统的要求。可选用具有适当安全电压和箝位电压的TVS器件。同时也应注意保护器件放置在板上的位置以及板上线的走向。

在保护通路中的寄生电感可导致高电压过冲和IC损坏。这在快速上升时间瞬态(如ESD)的情况下是特别关键的。根据IEC1000-4-2定义,ESD感应的瞬态在1纳秒内到其峰值。对于20nH/inch的线电感,其1/4英寸线将从10A脉冲中产生50V过冲。

必须考虑所有可能的感应通路,包括地回路、TVS器件与被保护线之间的通路以及从连接器到TVS器件的通路。另外,TVS器件应尽可能靠近连接器以减少瞬态耦合进入附近的其他连线。

10/100Ethernet板(见图1)是一个需要瞬态保护的子系统。用在Ethernet开关和路由器中的器件容易受高能量、雷电感应瞬态的影响。而在设计中所采用的深亚微米IC极易受过压闭锁超载的损害。在典型的系统中,每个端口的扭线对接口由两个差分信号对(一个用于发射器,一个用于接收器)组成。发射器输入通常是最易损坏的。致命的放电可能发生在线对的不均匀处并且通过变压器电容耦合到Ethernet IC中。

对于高信号频率(100Mbits/s)和低电源电压(一般为3.3V),保护器件必须具有非常低的电容负载,安全电压要远低于5V。在这种情况下,保护通路中的寄生电感可导致大的电压过冲。

在典型的10/100 Ethernet板(图1)中,用TVS器件来保护发射器以及发射器和接收器的差分输入线。保护器件和被保护线之间的通路应最短,RJ45连接器和保护器件之间的通路也应最短。保护器件应尽可能靠近RJ45连接器以防止瞬态耦合到其他线上。

带电交换/即插即用

现在越来越多的系统设计得在系统保持电源时允许插入和拔出插板、插头。插板或插头是从带有信号、电源和地线的插座插入或拔出的,这很可能产生瞬态。另外,系统必须能够动态地调节其功率以适应增大或减小的电流负载。