Na katera vprašanja je treba opozoriti pri načrtovanju postavitve diod TVS v komunikacijski opremi?

一, Natančen nadzor postavitve fizične lokacije
1. Optimizacija prostorskega povezovanja med zaščitnimi vozlišči in viri motenj
Diode TVS bi morale biti nameščene v območju presečišča med signalnimi linijami in zunanjimi vmesniki, kot so vmesniki USB, vrata Ethernet, priključki za anteno itd. Če vzamemo za primer določen tip industrijskega usmerjevalnika, zaščitni modul TVS njegovega vmesnika RJ45 ni oddaljen več kot 8 mm od signalnega zatiča čipa PHY, ki ujame impulz ESD, preden se poveže z ožičenjem PCB. Ta strategija postavitve lahko zmanjša vpliv parazitske induktivnosti na napetost sponk. Eksperimentalni podatki kažejo, da ko se razdalja med TVS in vmesnikom skrajša z 20 mm na 5 mm, se lahko amplituda nihanja napetosti objemke zmanjša za 40 %.
2. Grozdna razporeditev zaščitnih enot
V-hitrostnih signalnih vmesnikih, kot sta HDMI 2.1 in PCIe 5.0, je za dosego diferencialne zaščite para potrebno več{3}}kanalno polje TVS. Primer zasnove bazne postaje 5G kaže, da uvedba 4-kanalnih TVS čipov v območju 10 mm diferencialnih signalnih linij, ki vstopajo v tiskano vezje, v kombinaciji s 3D elektromagnetno simulacijo za optimizacijo topologije usmerjanja zmanjša preslušavanje med kanali pod -60 dB. Ta postavitev lahko učinkovito zatre pretvorbo skupnih motenj v signale diferencialnega načina.
3. Stereoskopska konstrukcija ravni zaščite
Za več-slojno zasnovo tiskanega vezja je treba vzpostaviti tri{1}}nivojski zaščitni sistem "zaščitne plasti vmesnika, površine, zaščitne plasti, jedrne zaščitne plasti". Zasnova stikala v podatkovnem centru sprejme to arhitekturo: TVS v paketu SMD je nameščen na vmesniški plasti, TVS v paketu PTH z visoko-močjo je nastavljen na napajalni ravnini, niz TVS z nizko kapacitivnostjo pa je konfiguriran v območju jedra CPE. Ta večplastna zaščita poveča stopnjo uspešnosti opreme, ki opravi preskus prenapetosti IEC 61000-4-5 8/20 μs 6kV, na 99,7 %.
2, Izvedba standardizacije načrtovanja električnih povezav
1. Diferencirana obravnava ozemljitvenega sistema
Ozemljitvena pot TVS mora slediti načelu "nizkega upora, neodvisnega od bližine". Zasnova določenega komunikacijskega modula vozila kaže, da je ozemljitveni zatič TVS neposredno povezan z notranjo bakreno folijo GND prek štirih skoznjih lukenj v kombinaciji s kratkim bakrenim trakom širine 0,5 mm, da se ozemljitvena impedanca zmanjša pod 3 m Ω. Pri napravah s kovinskim ohišjem je priporočljiva uporaba strukture "zvezdaste ozemljitve", kjer je ozemljitveni zatič TVS povezan z ozemljitvenim stebrom ohišja prek neodvisne žice, da se prepreči nastanek zanke z digitalno ozemljitvijo.
2. Garancija celovitosti signalnega vezja
Pri diferenčni zaščiti signala je treba zagotoviti, da ozemljitveni zatič TVS tvori najmanjšo površino zanke s povratno potjo signala. Zasnova optičnega modula s hitrostjo 10 Gb/s sprejme strukturo "koplanarni valovod + zaščita TVS", kjer je čip TVS nameščen neposredno pod diferencialnim parom, povratni signal pa je dosežen prek 0,2 mm debele notranje ravnine GND. Rezultati simulacije kažejo, da ta postavitev nadzoruje nihanje diferencialne impedance znotraj ± 5 % in poveča mejo očesnega diagrama za 15 %.
3. Redundantna zasnova zaščitnega omrežja
Za kritične signalne kanale je priporočljivo sprejeti dvojni zaščitni mehanizem "glavna zaščita + pomožna zaščita". Določen satelitski komunikacijski terminal je zasnovan za razporeditev glavnega niza TVS na RF sprednjem delu-ob dodajanju pomožnega TVS na vhod mešalnika, oba pa sta električno izolirana z magnetnimi kroglicami. Ta zasnova zagotavlja, da naprava vzdržuje stopnjo napake 10 ^ -12, ko je izpostavljena kontaktni razelektritvi IEC 61000-4-2 ± 15 kV.
3, Tehnična izvedba zagotavljanja integritete signala
1. Fino nastavljen nadzor parazitskih parametrov
Parametri pakiranja TVS pomembno vplivajo na kakovost signala. Primerjava zasnove -hitrostnega ADC vezja kaže, da uporaba paketa 0402 TVS (parazitska induktivnost približno 0,5 nH) poveča parameter S21 za 2 dB v primerjavi s paketom 0603 (parazitska induktivnost 1,2 nH). Za signale ravni GHz je priporočljivo uporabiti pakete z nizko induktivnostjo, kot sta DFN in QFN, in optimizirati postavitev ploščic s 3D simulacijo elektromagnetnega polja za nadzor parazitskih parametrov v sprejemljivem obsegu.
2. Ujemanje impedance zaščitnega omrežja
V-hitrostnih digitalnih vmesnikih morajo zaščitna omrežja TVS doseči ujemanje impedance s prenosnimi vodi. Zasnova vmesnika PCIe 4.0 sprejme ujemajočo se shemo "TVS+serijski upor", ki zmanjša impedanco zaščitnega vozlišča s 120 Ω na 100 Ω± 5 % s prilagajanjem vrednosti upora. Testi refleksije v časovni domeni kažejo, da ta zasnova zmanjša presežek signala za 30 % in poveča višino oči za 25 %.
3. Skupna optimizacija toplotne zasnove
Prehodno odvajanje moči TVS bo povzročilo znatno povišanje temperature, kar bo vplivalo na zaščitno delovanje. Zasnova visoko{1}}zmogljivega modula TVS vključuje strukturo odvajanja toplote »bakrena podlaga+toplotni prehod«. Z razporeditvijo niza toplotnih prehodov s premerom 0,3 mm (razmik med luknjami 1,5 mm) pod čipom se temperatura spoja zmanjša za 20 stopinj. Za več-kanalne zaščitne aplikacije je priporočljivo sprejeti zasnovo "zamaknjena postavitev + utor za toplotno izolacijo", da preprečite poslabšanje zmogljivosti zaradi toplotne sklopke.
4, Paradigma postavitve za tipične scenarije uporabe
1. Postavitev zaščite vrat za napajanje
V tokokrogih za pretvorbo AC-DC mora biti TVS nameščen za usmerniškim mostom in pred filtrirnim kondenzatorjem. Določena zasnova komunikacijskega napajalnika sprejme strukturo "filtriranje tipa π -+TVS", pri čemer je TVS povezan vzporedno na vhodnem koncu in kondenzatorji X/Y za doseganje več-nivojske zaščite. Testni podatki kažejo, da ta postavitev poveča razmerje zatiranja motenj skupnega načina za 30 dB in razmerje zatiranja motenj diferencialnega načina za 25 dB.
2. Postavitev RF sprednje-zaščite
Pri baznih postajah 5G NR je treba TVS namestiti pred nizkošumnim ojačevalnikom (LNA) in sprejeti hibridno zaščitno shemo "omejevalnik+TVS". Zasnova makro bazne postaje kaže, da je čip TVS nameščen 15 mm za vrati antene, za doseganje dinamičnega zaščitnega območja od -10 dBm do +25dBm pa se uporablja omejevalnik. Ta zasnova nadzoruje degradacijo sprejemne občutljivosti znotraj 0,5 dB.
3. Postavitev visoke -zaščite digitalnega vmesnika
V vmesniku 100G Ethernet mora biti zaščita TVS zasnovana v povezavi z Retimerjem. Zasnova stikala v podatkovnem centru sprejme strukturo "TVS array+common mode choke", ki namesti TVS na vhod ponovnega časovnika in prilagodi induktivnost dušilne tuljave (100nH@100MHz). Uresničite ravnovesje med zaščito in celovitostjo signala. Testi so pokazali, da ta zasnova dosledno vzdržuje stopnjo napak pod 10 ^ -15.
5, Metodologija validacije in optimizacije
1. Sistem preverjanja simulacije
Vzpostavite večdimenzionalno platformo za preverjanje, ki jo sestavljajo simulacija vezja SPICE, 3D elektromagnetna simulacija in toplotna simulacija. Zasnova komunikacijskega modula je bila optimizirana za postavitev TVS s simulacijo Ansys HFSS, kar je povzročilo 40-odstotno povečanje učinkovitosti ESD zaščite; Preverite celovitost signala s simulacijo Cadence Sigrity, da zagotovite 100-odstotno uspešnost za predloge očesnih diagramov.
2. Postopek testiranja in preverjanja
Razvijte mehanizem dvojnega preverjanja "laboratorijsko testiranje+-testiranje na mestu". Laboratorijsko testiranje bi moralo pokrivati ​​standarde serije IEC 61000-4, testiranje na kraju samem pa bi moralo biti osredotočeno na preverjanje zaščitne učinkovitosti v zapletenih elektromagnetnih okoljih. Določena komunikacijska oprema za železniški promet je z dejanskim testiranjem na 10 tipičnih postajah zbrala več kot 2000 nizov podatkov o ESD dogodkih in nenehno optimizirala zaščitni načrt.
3. Analiza načina napake
Vzpostavite zbirko podatkov o okvarah TVS in izvedite analizo temeljnih vzrokov za načine okvar, kot so odprt tokokrog, kratek stik in puščanje. Določen primer kaže, da je stopnja napak, ki jih povzročajo razpoke TVS ploščic, 35 %. Z optimizacijo zasnove sklada PCB in procesa spajkanja je bila stopnja napak te vrste zmanjšana pod 0,5 %.
https://www.trrsemicon.com/transistor/voltage-regulators/surface{3}}mount-super-fast-recovery-rectifier.html