TVS在數字移動電話電路中的設計與應用
摘要:針對靜電放電和電快速瞬變脈沖群(ESD/EFT)等危險浪涌電壓會給數字移動電話帶來死機、損壞等致命危害的問題,便于電路設計人員加深對TVS器件的認識,設計出高可靠性的保護電路,文章通過分析TVS器件的特性和主要參數及其工作原理,得出了TVS是一種十分有效地保護器件,但在應用時應當針對不同的保護對象及電路的相關參數來選用元件,同時給出了TVS器件在數字移動電話電路設計中的應用保護電路,并對加強電路本身的抗干擾設計提出了建議。
關鍵詞:TVS;數字移動電話;保護電路設計;抗干擾設計
隨著半導體技術的高速發展和集成電路的廣泛應用,現代數字移動電話(手機)不斷朝著尺寸小型化、功能多樣化和高度集成化方向發展,其智能化、集成度越來越高,容易受到ESD/EFT(靜電放電/電快速瞬變脈沖群)和共模/差模浪涌沖擊等浪涌電壓的干擾,可能會造成手機工作異常、死機,甚至損壞并引發其他的安全問題。所以在手機上市之前,我國都強制要求進行入網測試,而入網測試中明確要求進行ESD和其他浪涌沖擊的測試,其中接觸放電需要做到±8 kV靜電正常,空氣放電需要做到±15 kV靜電正常,這就對其浪涌防護電路提出了更嚴格苛刻的要求。TVS半導體浪涌抑制器件具有功率大、響應時間短、殘壓低等優點,與壓敏電阻元件相比,具有優越的保護性能。將其應用于數字移動電話電路的精細保護,設計安全可靠、技術先進的浪涌保護方案,至關重要。
1 TVS的主要參數
TVS瞬態電壓抑制器有單極性與雙極性之分,如圖1所示,它是在穩壓二極管的基礎上發展起來的,單極性只對一個方向的浪涌電壓沖擊起保護作用,相當于一個穩壓二極管的作用,雙極性瞬態二極管對相反的極性浪涌電壓沖擊都起保護作用,相當于兩只穩壓管反向串聯,它與穩壓二極管不同之處是結電容小,響應時間短。TVS管也可以與二極管串聯,利用二極管寄生電容較小的特點來降低總寄生電容,可以實現對高速信號端口的保護,如圖1(c),(d)中所示。瞬態電壓抑制器可承受的沖擊電流由下式可得:
I沖擊=W沖擊/V沖擊
式中:I沖擊為沖擊電流峰值,單位:A;W沖擊為峰值功率瓦數,單位:W;V沖擊為擊穿電壓,單位:V。
TVS瞬態電壓抑制器按峰值功率可分為500 W,1 000 W,1 500 W,5000 W等多種型號,TVS的規格及主要參數見表1所示。用于手機電路的浪涌防護的TVS,一般情況要求峰值功率Pppm500W,反向變位電壓VWM為5~8 V,擊穿電壓VBR為6~8.5 V,反向電流ID為5~50 μA可根據電路的實際參數及保護要求來選擇,TVS的極間電容范圍根據龜路的特性來確定。
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