Mitä asioita tulisi huomioida viestintälaitteiden TVS-diodien asettelussa?

一, Fyysisen sijainnin tarkka ohjaus
1. Suojaussolmujen ja häiriölähteiden välisen spatiaalisen kytkennän optimointi
TVS-diodit tulee sijoittaa signaalilinjojen ja ulkoisten liitäntöjen, kuten USB-liitäntöjen, Ethernet-porttien, antenniliittimien jne., leikkausalueelle. Esimerkkinä tietyntyyppisestä teollisuusreitittimestä, sen RJ45-liitännän TVS-suojamoduuli on enintään 8 mm:n etäisyydellä PHY-sirun signaalinastasta, joka puristaa ESD:n pulssimalla PCB:tä. Tämä asettelustrategia voi vähentää parasiittisen induktanssin vaikutusta puristusjännitteeseen. Kokeelliset tiedot osoittavat, että kun TVS:n ja liitännän välinen etäisyys lyhennetään 20 mm:stä 5 mm:iin, puristusjännitteen vaihteluamplitudia voidaan vähentää 40 %.
2. Suojayksiköiden klusterikäyttö
Nopeissa{0}}signaaliliitännöissä, kuten HDMI 2.1 ja PCIe 5.0, moni-kanavainen TVS-ryhmä vaaditaan differentiaaliparisuojauksen saavuttamiseksi. 5G-tukiaseman suunnittelutapaus osoittaa, että 4-kanavaisten TVS-sirujen käyttöönotto PCB:hen tulevien differentiaalisignaalilinjojen 10 mm:n alueella yhdistettynä 3D-sähkömagneettiseen simulointiin reititystopologian optimoimiseksi vähentää kanavien välisen ylikuulumisen alle -60 dB:iin. Tämä asettelu voi tehokkaasti estää yhteismoodihäiriöiden muuntamisen differentiaalimuotoisiksi signaaleiksi.
3. Suojaustasojen stereoskooppinen rakenne
Monikerroksisen piirilevyn suunnittelua varten on luotava kolmi-tason suojausjärjestelmä "rajapinnan suojakerroksen alueen suojakerroksen ytimen suojakerros". Palvelinkeskuksen kytkimen rakenne noudattaa tätä arkkitehtuuria: SMD-pakattu TVS otetaan käyttöön liitäntäkerroksessa, PTH-pakattu suuritehoinen-TVS on asetettu tehotasoon ja matalakapasitanssinen TVS-ryhmä määritetään suorittimen ydinalueelle. Tämä kerroksellinen suojaus nostaa IEC 61000-4-5 8/20 μs 6kV ylijännitetestin läpäisevien laitteiden onnistumisasteen 99,7 prosenttiin.
2, Standardointi Sähköliitäntöjen suunnittelun toteutus
1. Maadoitusjärjestelmän eriytetty käsittely
TVS:n maadoituspolun tulee noudattaa "läheisyydestä riippumattoman matalaresistanssin" periaatetta. Tietyn ajoneuvon tiedonsiirtomoduulin suunnittelu osoittaa, että TVS-maadoitusnasta on kytketty suoraan sisempään GND-kuparikalvoon neljän läpimenevän reiän kautta yhdistettynä 0,5 mm leveään lyhyeen kupariliuskaan maadoitusimpedanssin pienentämiseksi alle 3 m Ω. Laitteissa, joissa on metallikotelo, on suositeltavaa käyttää "tähden muotoista maadoitus" -rakennetta, jossa TVS-maadoitusnasta on kytketty kotelon maadoituspilariin itsenäisen johdon kautta, jotta vältetään silmukan muodostuminen digitaalisen maan kanssa.
2. Signaalipiirin eheystakuu
Differentiaalisuojauksessa on varmistettava, että TVS:n maadoitusnasta muodostaa signaalin paluutien minimisilmukan alueen. 10 Gbps:n optisen moduulin rakenne ottaa käyttöön "koplanaarisen aaltoputken + TVS-suojauksen" -rakenteen, jossa TVS-siru on sijoitettu suoraan differentiaaliparin alapuolelle ja signaalin paluu saavutetaan 0,2 mm:n paksuisen sisemmän GND-tason kautta. Simulaatiotulokset osoittavat, että tämä asettelu ohjaa differentiaalisen impedanssin vaihtelua ± 5 %:n sisällä ja lisää silmädiagrammin marginaalia 15 %.
3. Suojaverkon redundantti suunnittelu
Kriittisille signaalikanaville on suositeltavaa ottaa käyttöön kaksoissuojausmekanismi "pääsuojaus + lisäsuojaus". Tietty satelliittiviestintäpääte on suunniteltu ottamaan käyttöön TVS-pääryhmä RF-etupään-ja lisä-TVS:n sekoittimen tuloon, ja nämä kaksi on eristetty sähköisesti magneettisten helmien avulla. Tämä rakenne varmistaa, että laite säilyttää virhesuhteen 10 ^ -12, kun siihen kohdistuu IEC 61000-4-2 ± 15 kV kosketinpurkaus.
3, Signaalin eheyden varmistuksen tekninen toteutus
1. Loisparametrien hienosäätö
TVS-pakkausparametreilla on merkittävä vaikutus signaalin laatuun. Nopean -ADC-piirin suunnittelun vertailu osoittaa, että 0402-paketin TVS (parasiittisen induktanssin noin 0,5nH) käyttö lisää S21-parametria 2 dB verrattuna pakettiin 0603 (parasiittisen induktanssi 1,2nH). GHz-tason signaaleille on suositeltavaa käyttää matalan induktanssin paketteja, kuten DFN ja QFN, ja optimoida tyynyn asettelu 3D-sähkömagneettisen kentän simuloinnilla loisparametrien ohjaamiseksi hyväksyttävällä alueella.
2. Suojaverkon impedanssisovitus
Nopeissa{0}}digitaalisissa liitännöissä TVS-suojausverkkojen on saavutettava impedanssisovitus siirtolinjojen kanssa. PCIe 4.0 -rajapinnan suunnittelussa käytetään sovitusmallia "TVS+-sarjan vastus", joka vähentää suojasolmun impedanssia 120 Ω:sta 100 Ω± 5 %:iin säätämällä vastuksen arvoa. Aikatason heijastustestit osoittavat, että tämä malli vähentää signaalin ylitystä 30 % ja lisää silmien korkeutta 25 %.
3. Lämpösuunnittelun optimointi yhteistyössä
TVS:n ohimenevä tehohäviö johtaa merkittävään lämpötilan nousuun, mikä vaikuttaa suojauskykyyn. Tehokkaan -TVS-moduulin suunnittelussa käytetään "kuparisubstraatti+lämpösubstraatti" lämmönpoistorakennetta. Järjestämällä halkaisijaltaan 0,3 mm:n lämpöläpivientiryhmä (reikäväli 1,5 mm) sirun alle, liitoksen lämpötila laskee 20 astetta. Monikanavaisissa suojaussovelluksissa on suositeltavaa käyttää "porrastettua asettelua + lämpöeristysura" -mallia, jotta estetään lämpökytkennän aiheuttama suorituskyvyn heikkeneminen.
4, Asetteluparadigma tyypillisille sovellusskenaarioille
1. Virtaportin suojausasettelu
AC-DC-muunnospiireissä TVS tulee ottaa käyttöön tasasuuntaajan sillan jälkeen ja ennen suodatuskondensaattoria. Tietyssä tiedonsiirtovirtalähteessä käytetään "π - -tyyppistä suodatus+TVS" -rakennetta, jossa TVS on kytketty rinnan tulopäähän ja X/Y-kondensaattorit monitasoisen suojauksen saavuttamiseksi. Testitiedot osoittavat, että tämä asettelu lisää yhteismoodin häiriön vaimennussuhdetta 30 dB:llä ja differentiaalitilan häiriön vaimennussuhdetta 25 dB:llä.
2. RF-etu-suojausasettelu
5G NR -tukiasemille TVS on otettava käyttöön ennen matalakohinaista vahvistinta (LNA) ja otettava käyttöön hybridisuojausjärjestelmä "rajoitin+TVS". Makrotukiaseman suunnittelu osoittaa, että TVS-siru on sijoitettu 15 mm antenniportin taakse, ja rajoitinta käytetään dynaamisen suojausalueen saavuttamiseen -10 dBm - +25 dBm. Tämä rakenne ohjaa vastaanottoherkkyyden heikkenemistä 0,5 dB:n sisällä.
3. Nopean-digitaalisen käyttöliittymän suojauksen asettelu
100G Ethernet-liitännässä TVS-suojaus on suunniteltava yhdessä Retimerin kanssa. Palvelinkeskuksen kytkimen rakenne ottaa käyttöön "TVS array+common mode choke" -rakenteen, joka ottaa käyttöön TVS:n uudelleenajastimen tuloon ja säätää kuristinkelan induktanssia (100nH@100MHz). Toteuta tasapaino suojauksen ja signaalin eheyden välillä. Testit ovat osoittaneet, että tämä malli säilyttää johdonmukaisesti virhesuhteen alle 10 ^ -15.
5, Validointi- ja optimointimenetelmät
1. Simulaatiovahvistusjärjestelmä
Perustaa moniulotteinen varmennusalusta, joka koostuu SPICE-piirisimulaatiosta, 3D-sähkömagneettisesta simulaatiosta ja lämpösimulaatiosta. Viestintämoduulin suunnittelu optimoitiin TVS-asettelua varten Ansysin HFSS-simuloinnin avulla, mikä johti 40 %:n kasvuun ESD-suojauksen tehokkuudessa; Tarkista signaalin eheys Cadence Sigrity -simulaatiolla varmistaaksesi 100 %:n läpäisynopeuden silmäkaaviomalleille.
2. Testaus- ja todentamisprosessi
Kehitä kaksoisvalidointimekanismi: "laboratoriotestaus+-paikannustestaus". Laboratoriotestien tulee kattaa IEC 61000-4 -sarjan standardit, ja paikan päällä tehtävän testauksen tulee keskittyä suojaavan suorituskyvyn varmistamiseen monimutkaisissa sähkömagneettisissa ympäristöissä. Tietty rautatieliikenteen viestintälaitteisto keräsi yli 2000 sarjaa ESD-tapahtumadataa todellisilla testauksilla 10 tyypillisellä asemalla ja optimoi jatkuvasti suojaussuunnitelmaa.
3. Vikatilan analyysi
Luo TVS-vikatietokanta ja suorita perussyyanalyysi vikatiloista, kuten avoimesta piiristä, oikosulusta ja vuodosta. Eräs tapaus osoittaa, että TVS-tyynyn halkeamien aiheuttamien vikojen osuus on 35 %. Optimoimalla piirilevypinon suunnittelua ja juotosprosessia tämän tyypin vikasuhde on laskettu alle 0,5 %:iin.
https://www.trrsemicon.com/transistor/voltage-regulators/surface-mount-supernopea-nopea-recovery-rectifier.html