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分析TVS管數字移動電路中的設計與應用

 

  針對靜電放電和電快速瞬變脈衝群(ESD/EFT)等危險浪湧電壓會給數字行動電話帶來宕機、損壞等致命危害的問題,便於電路設計人員加深對TVS管的認識,設計出高可靠性的保護電路,立深鑫電子通過分析TVS管的特性和主要引數及其工作原理,得出了TVS管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物件及電路的相關引數來選用元件,同時給出了TVS管在數字行動電話電路設計中的應用保護電路。

  隨著半導體技術的高速發展和積體電路的廣泛應用,現代數字行動電話(手機)不斷朝著尺寸小型化、功能多樣化和高度整合化方向發展,其智慧化、整合度越來越高,容易受到ESD/EFT(靜電放電/電快速瞬變脈衝群)和共模/差模浪湧衝擊等浪湧電壓的干擾,可能會造成手機工作異常、宕機,甚至損壞並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和其他浪湧衝擊的測試,其中接觸放電需要做到±8kV靜電正常,空氣放電需要做到±15kV靜電正常,這就對其浪湧防護電路提出了更嚴格苛刻的要求。TVS管

浪湧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,具有優越的保護效能。將其應用於數字行動電話電路的精細保護,設計安全可靠、技術先進的浪湧保護方案,至關重要。

        

  1、TVS管的主要引數

  TVS管有單極性與雙極性之分,如圖1所示,它是在穩壓二極體的基礎上發展起來的,單極性只對一個方向的浪湧電壓衝擊起保護作用,相當於一個穩壓二極體的作用,雙極性瞬態二極體對相反的極性浪湧電壓衝擊都起保護作用,相當於兩隻穩壓管反向串聯,它與穩壓二極體不同之處是結電容小,響應時間短。TVS管也可以與二極體串聯,利用二極體寄生電容較小的特點來降低總寄生電容,可以實現對高速訊號埠的保護,如圖1(c),(d)中所示。瞬態電壓抑制器可承受的衝擊電流由下式可得:

  I衝擊=W衝擊/V衝擊

        

  2、TVS管的伏安特性

  TVS管能夠保護電晶體電路,是靠它的伏安特性起箝位作用,如圖2所示。當TVS管電壓為反偏,且位於0~VBR之間的時候,TVS管呈高電阻狀態;當反偏電壓超過VBR時候,流經TVS管的電流迅速增加,進入低電阻導通狀態,從高電阻狀態到低電阻狀態的延時只有ps數量級。之後,TVS管兩端電壓被箝制在Vc以下,經過電壓脈衝過後,TVS管又恢復高阻狀態。

        

  3、TVS管的選用

  TVS管在選用時應注意:根據電路預期浪湧電流及可能出現的峰值脈衝功率來確定峰值脈衝電流Ipp、額定脈衝功率Pppm。對於手機電路而言,500W的功率足以滿足要求;TVS管的電壓保護水平VC應小於被保護電路耐壓UW;額定反向關斷電壓VWM的選擇。VWM值的選擇要適中,VWM值既要≥US(持續工作電壓),又要與US值相接近,選擇太大或太小都不能安全可靠保護電路;極間電容C的選擇。電容大會使訊號損失,對訊號起調製作用,引起干擾。因此,要根據電路持性選擇合適的電容範圍;單向TVS管多用於直流和已知方向的訊號電路,雙極性TVS管多用於交流和變化的訊號電路,TVS管陣列多用於多線保護;TVS管可以串/並接入電路,序列連線可以分電壓,並行連線可以分電流,但在應用中應控制串/並數量;TVS管在應用過程中必須考慮環境溫度及溫度變化情況對TVS管特性的影響,因為溫度上升會使TVS管反向漏電流增加,功耗下降。

         

  4、TVS管在數字行動電話電路中的應用

  數字行動電話的電路基本由射頻、數字訊號處理、終端介面、電源管理等部分組成,手機電路中需要進行浪湧防護的部位有:SIM卡的CPU讀卡器,數字介面(USB),鍵盤電路,彩屏LCD驅動介面,耳機/麥克風電路,電源介面,資料介面,LCD背光電路(製造時已採取了TVS管保護措施)等。