AMAZINGIC晶焱科技提供TVS Layout与系统对于ESD的防护能力探讨

AMAZINGIC晶炎科技提供TVS Layo

随着晶片先进工艺的演变，晶片抵抗外部ESD/EOS对外界面(例如:USB, HDMI, LAN等)对于ESD/EOS等能量抗扰能力下降。改进系统ESD/EOS在各对外界面加上防护效果TVS元件已经成为系统产品设计的趋势，所以下面将介绍选择TVS元件中必须注意的参数。

挑选适当的TVS 防护元件应注意以下参数： (1)工作电压(VRWM)，确保您讯号在正常工作的情形下不被影响，因此TVS工作电压不小于信号； (2)电容值，TVS元件寄生电容值过大会导致高速信号传输异常，因此，应选择适当大小的电容值，以避免影响信号； (3)钳制电压，对于TVS该参数对于保护元件尤为重要，钳制电压越低，系统越好ESD/EOS防护效果。

前面所提及TVS钳制电压影响保护ESD/EOS如果系统电路中没有合适的效果参数layout摆放TVS，即使保护效果再好，TVS组件，当遇到ESD/EOS能量冲击无法有效发挥TVS保护效果最终对系统造成损坏。以下将探讨TVS Layout对系统保护效果的影响。

针对layout该方法主要提供两部分建议：

(一)TVS尽可能靠近外界接口 图一可见，当TVS放置位置靠近外界接口(I/O)外部能量可以快速通过TVS将大多数的能量宣泄至地，此为较佳的摆放方式；但当TVS当放置位置远离外部接口时，外部能量可能会引起信号干扰，从而导致TVS保护前干扰整个系统的运行。

图一、

(A)TVS当元件在线路中遇到外部能量时，外部能量导通示意图

(B)当外部能量进入时TVS距离端口对信号干扰的差异

(二)TVS避免走分支路径 当PCB布线空间狭小，放置方便TVS，有时候会把信号线拉回来TVS使用，如图2(左)。类似这种额外引线的布线方式会导致TVS无法达到最有效的保护效果。通常于TVS建议直接通过预保护的信号线TVS，不建议使用外拉线。在模拟系统线路设计时，我们也将测量结果，TVS对于分支路径TVS影响保护效果。

图二、TVS走线方式

图3为实验测试板，以此实验为基础AZ1143-04F进行测试，板子最左侧为讯号线位置，并且在讯号线上设计不同的TVS模拟放置位置TVS当距离信号不同时，TVS系统保护的变化；板的位置，分别从左到右Position 1至Position 4，并透过TLP系统测量不同位置下的系统测量TVS以此作为线路距离引起的钳制电压差TVS变化保护效果的依据。专注于信号线和TVS之间的距离对钳制电压有影响，所以在测试版设计中，GND最接近的部分TVS设计元件，减少地回路对整体实验的影响。

图3、实验测试版

由量测TLP结果(图4)相同TLP电流16A的情况下，Position 1测量的钳制电压最低(8.6V)，而Position 4测量的钳制电压最高(12.2V)；随着TVS离预保护线越远，后晶片看到的钳位电压越高，保护效果越差。

图四、Position 1-4利用TLP在系统测量实验线上TVS装配电压结果

通过上述实验可以证明，在设计系统电路时，TVS防护元件LAYOUT影响的方式TVS对于系统的保护效果，在进行电路保护规划时，保护元件应尽可能靠近外口(Connector)摆放并且TVS预保护信号应直接放置，能使TVS系统中的元件ESD/EOS的防护效果较佳化，以达到提升系统抵抗外部ESD/EOS干扰能力。

ut与系统对于ESD的防护能力探讨