對於工程師嚟講，浪湧保護唔單止係揀個合適嘅電源板或者拔咗幾條電線咁簡單，主要涉及喺PCB佈局入面擺放瞬態保護元件，同埋應用明確嘅接地策略。

TVS二極管係用嚟保護PCB佈局入面元件嘅常用元件，呢啲元件會擺喺數據線上，一旦電路收到ESD脈衝，就會透過將電流由受保護元件度移開，嚟達到保護效果。確保PCB佈局可以對瞬態保護進行優化，先可以防止「燒板」同埋保證設備運作正常。

咩係瞬態抑制二極管，佢又係點運作嘅？

瞬態電壓抑制（TVS）二極管係一種常用嘅元件，用嚟保護設備免受靜電放電（ESD）相關嘅瞬態事件影響。（唔好將TVS管同齊納二極管或者蕭特基二極管搞亂。）佢由一個pn半導體接面組成，呢個接面喺瞬態電壓尖峰期間會變為導通狀態。喺正常情況下，TVS二極管具有高阻抗同極低嘅漏電流，實際上相當於一個開路。

當瞬態電壓抑制器上嘅電壓上升超過佢嘅閾值電壓時，半導體中嘅雪崩效應會令pn接面開始導通，從而提供一條低阻抗路徑，將過大嘅電流由受保護嘅設備度引走。TVS二極管嘅回應時間非常快，通常以皮秒計算，所以呢啲元件可以非常快速地轉移強勁嘅ESD脈衝，即使嗰個ESD脈衝具有相對較快嘅上升時間。

PCB設計：點樣揀啱嘅TVS二極管？

所有TVS二極管本質上都係二極管：如果你施加足夠大嘅正向或反向偏壓，TVS二極管就會開始導通。當然，唔係所有TVS二極管都係一樣嘅。

如果揀錯咗保護元件，可能會令瞬態保護由一開始就失效。揀選瞬態抑制二極管時，你需要了解以下幾個參數：

反向偏壓擊穿電壓 (VB)
係指TVS二極管開始導通時嘅反向偏壓電壓。一旦TVS二極管開始導通，佢會將ESD脈衝由受保護元件度轉移開。

箝位電壓 (VC)
箝位電壓係指TVS二極管喺超過反向偏壓擊穿電壓後，會顯著導通嘅最低電壓。呢個值係喺指定峰值電流嘅範圍內定義嘅。

通常，較低嘅VC值會為元件提供更多保護，所以應該選擇一個VC值細過受保護元件嘅輸入電壓限制。

額定關斷電壓 (VWM)
係指反向偏壓電壓上限，低於呢個限制，TVS二極管會保持絕緣。喺額定關斷電壓範圍內，TVS二極管具有高阻抗，只有少量洩漏電流。

峰值脈衝功率耗散 (PPP)
TVS二極管需要能夠安全地耗散由瞬態電壓引起嘅過大電流，呢個能力就由峰值脈衝功率耗散嚟表示。

TVS二極管係點運作嘅？

所有TVS二極管嘅工作原理都很簡單：當電路收到ESD脈衝時，呢個脈衝會好快超過二極管嘅反向偏壓擊穿電壓值。任何將導體暴露於外部環境嘅設備（例如透過連接器），都可能喺呢啲導體上收到ESD脈衝。如果呢啲導體係通往元件嘅信號線一部分，收到嘅ESD脈衝就會將高電壓/高電流脈衝傳送到元件入面，呢個可能會破壞個元件。

當ESD發生喺信號線上，而條信號線又有TVS二極管嘅時候，二極管就會開始導通，脈衝就可以通過二極管。咁樣就容許二極管將ESD脈衝由受保護電路度轉移開。典型嘅接法係將陽極接地，咁ESD脈衝就會傳到地去。只要接地區域存在一條低阻抗路徑，脈衝就會由受保護元件度轉移開。

二極管

雙向TVS二極管定單向TVS二極管？

TVS二極管有兩種類型：雙向同單向。呢兩種類型嘅TVS二極管有唔同嘅符號，如下圖所示：

(圖片註解：雙向同單向TVS二極管符號)

買TVS二極管嘅時候要注意，一般嚟講，平時講嘅TVS二極管係指單向型，如果你需要雙向嘅，就要特別講明。

咁應該揀邊種類型嘅TVS二極管？用雙向TVS二極管嘅主要原因，係喺電路承載正極性同負極性信號時提供保護。呢就係點解你有時會喺差分對或者喺正負極性之間振盪嘅模擬線路上见到雙向TVS二極管。

大部分人可能會比較鍾意用雙向TVS二極管，嚟提供全面嘅故障保護同ESD保護，因為接地區域都可以接收ESD脈衝，就好似要保護嘅信號線一樣。如果接地故障導致接地路徑具有高阻抗，咁阻抗最低嘅路徑可能會通過單向TVS二極管同你要保護嘅元件。但如果TVS二極管係雙向嘅，即使存在接地故障，都仲有機會保護到個元器件。

TVS二極管嘅PCB佈局技巧

除咗揀啱TVS二極管之外，保護嘅有效性仲要視乎PCB佈局本身。下面呢個例子入面，兩個雙向TVS二極管並聯連接到下面示意圖中受保護嘅電路。示意圖顯示咗TVS二極管同MAX3485收發器嘅典型連接：

(圖片註解：TVS二極管連接嘅典型示意圖)

喺呢個例子入面，如果喺D+同D-線路暴露於外部環境嘅位置發生ESD，並且產生相對於GND嘅正電壓，只要ESD電壓超過咗TVS反向偏壓擊穿電壓，TVS二極管就會開始導通。如果發生導致電流喺GND平面中流動嘅ESD，只要系統中存在低阻抗接地路徑，電流就應該完全由元件度轉移開。

喺接地導體收到ESD嘅情況下，最好用雙向TVS二極管，因為佢仍然會提供一啲保護；而如果TVS二極管係單向嘅，收發器可能仍然會暴露喺某啲電壓之下。雙向TVS二極管嘅首選轉移發生，係因為施加嘅脈衝需要上升到某個閾值（TVS二極管上半部分嘅VB值）以上，先可以由GND到跡線進行導通。

喺PCB佈局中，應該遵循一啲重要準則，以確保TVS二極管正常運作。呢啲包括擺放位置、接地，以及喺屏蔽層上使用任何無源元件，例如電阻或電容。

1. TVS二極管嘅擺放位置

由於ESD可能發生喺電子設備中暴露嘅導體附近，所以最好將TVS二極管擺喺呢啲導體暴露於外部環境嘅區域附近。下面顯示咗一個帶有2針連接器嘅簡單佈局例子。

(圖片註解：將TVS二極管擺喺有接收ESD脈衝危險嘅裸露導體附近)

PCB走線具有寄生電感，可能會導致TVS二極管嘅箝位電壓增加到佢指定上限以上。TVS二極管嘅走線亦都應該相對於收發器嘅走線較短，以盡量降低阻抗，並確保耗散浪湧中過多嘅能量。咁樣會盡量減少通往TVS二極管路徑中嘅寄生電感。

2. 接地

如果可能，最好將TVS二極管連接到一個同受保護元件唔同嘅接地網。呢個唔代表應該將地平面分割開。相反，最安全嘅連接類型係將TVS二極管連接到機箱接地中嘅金屬元件（如果可用嘅話），通常透過連接到機箱螺絲或者安裝孔嘅走線嚟進行。如果呢個連接唔可用，就可以連接到內部平面。但係，喺存在強ESD風險嘅環境中，設備應該封裝喺具有安全金屬底盤接地同接地連接嘅底盤入面。

3. 消除屏蔽層上嘅無源元件

某些元件（例如屏蔽連接器）會有啲額外嘅金屬屏蔽層嚟保護裸露嘅導體。連接器上嘅屏蔽唔係為咗機械或者熱保護，佢實際上係為咮防止噪音接收同防止ESD。如果存在ESD危險，就可以將屏蔽連接器同TVS二極管一齊使用。TVS二極管連接到信號線，連接器上嘅屏蔽層就直接接地。

(圖片註解：數據線上兩個TVS二極管嘅連接例子)

上圖中，喺機箱同信號接地之間放置咗一個直接連接。典型嘅方法係將呢個連接擺喺系統中一個位置，確保所有導體上嘅接地電位均勻，但仍然可以控制常規返回電流，令佢哋唔會通過機箱。只要GND係一個低阻抗、低電感接地層，呢個方法同樣適用。如果呢個係系統嘅電隔離區域，最好將呢個連接置於更靠近連接器主體嘅位置，如上圖所示。

喺某些情況下，你可能會見到有人試圖透過緩衝電路或者並聯RC電路將屏蔽層接地。呢兩者都破壞咗使用屏蔽連接器嘅全部目的。相反，應該喺屏蔽層同底盤接地（如果可用）或者接地層之間建立一個直接連接，咁樣會創建一條極低阻抗嘅接地路徑，防止ESD事件中嘅能量到達受保護嘅元件。喺某些情況下，控制返回電流會遇到麻煩（例如浮動接地），適當嘅方法係喺屏蔽層同接地層之間放置一個大電容，咁樣可以確保分流快速ESD脈衝，並且唔會由於兩個接地之間嘅任何偏移而從系統輻射高頻噪音。