廣東賽阜多層線路板有限公司
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我們看到越來越多的工業相機對外的接口信號如USB3/HDMI等在線路上會并(或串)一個ESD器件(或者TVS管),大家覺得針對這種高速接口的信號,ESD器件對信號會有什么影響嗎?另外針對這個器件,有些人喜歡叫ESD器件,有些人又喜歡叫TVS管,是不是有點傻傻分不清楚的感覺呢?
要搞清楚這個問題,我們先來簡單了解一下什么是ESD器件和TVS管,它們到底有什么作用。
ESD是Electro-Static Discharge的簡稱,又叫靜電放電,是指具有不同靜電電位的物體互相靠近或直接接觸引起的電荷轉移。生活中的靜電是人們非常熟悉的一種自然現象,比如小時候經常用筆在頭發或毛衣上摩擦幾下,就能吸上小小的紙屑,以前覺得可神奇了。靜電放電有時候也會把它叫做靜電干(騷)擾,如今靜電放電已經成為電子產品和設備的一種危害,造成電子產品和設備的功能紊亂甚至部件損壞。現代半導體器件的規模越來越大,工作電壓越來越低,導致了半導體器件對外界電磁干擾敏感程度也大大提高。ESD對于電路引起的干擾、對元器件、CMOS電路及接口電路造成的破壞等問題越來越引起人們的重視。ESD也是20世紀中期以來形成的以研究靜電的產生、危害及靜電防護等為主的學科,電子設備的ESD也開始作為電磁兼容性測試的一項重要內容寫入國家標準和國際標準,因此就產生ESD靜電保護這么一個元器件產品,國際上習慣將用于靜電防護的器材統稱為ESD器件。
TVS的全稱是Transient Voltage Suppressors,中文叫瞬變電壓抑制二極管或瞬態抑制二極管,又叫鉗位型二極管,是一種限壓保護器件,作用與壓敏電阻很類似。也是利用器件的非線性特性將過電壓鉗位到一個較低的電壓值實現對后級電路的保護。它的外型與普通二極管相同,但卻能吸收高達數千瓦的浪涌功率;它的主要特點是在反向應用條件下,當承受一個高能量的大脈沖時,它能以10的負12次方秒量級的速度,將其兩極間的高阻抗變為低阻抗,吸收高達數千瓦的浪涌功率,使兩極間的電壓鉗位于一個預定值,有效地保護電子線路中的精密元器件,免受各種浪涌脈沖的損壞。當異常的高壓消失過后,電路進入到正常工作狀態的時候,又恢復到高阻態。
TVS管的作用籠統來說就是在系統中保護電子系統免受高能瞬態脈沖的影響,如靜電放電(ESD)、雷電浪涌和電快速瞬態脈沖(EFT),起到防護效果,其具體作用在于:當電路正常工作時,它處于截止狀態(高阻態),不影響線路正常工作, 在規定的反向應用條件下,當承受一個高能量的瞬時過壓脈沖時,其工作阻抗能立即降至很低的導通值,允許大電流通過,并將電壓鉗制到預定水平,從而有效地保護電子線路中的精密元器件免受損壞。
典型的 ESD 保護電路由與受保護組件或電路并聯放置的 TVS/ESD 二極管組成。在 ESD 事件期間,TVS/ESD 二極管提供接地的低阻抗路徑,從而快速鉗位電壓,將多余的能量從受保護的組件中轉移出去。綜合來說ESD指的范圍更廣,不僅是一種器件類型,更是一種事件、一門學科,而TVS管只是消除ESD影響的其中一種器件。
當然,我們今天的話題重點并不是講ESD器件和TVS管,硬件原理也不是我們擅長的領域,熟悉我們的老鐵們應該很清楚,我們主要還是聚焦在和PCB相關上,現在回到我們的正題上,PCB線路上并接了這個ESD器件,有時甚至和走線兼容設計,如下圖所示,走線直接穿過ESD器件的焊盤,連接上相當于ESD可有可無,但走線上有了器件,這樣對我們的PCB線路會不會有大的影響呢?