Amazingic晶焱TVS 選型時(shí)，為何應(yīng)盡量選用單向TVS？歡迎聯(lián)系我們的技術(shù)應(yīng)用工程師提供方案設(shè)計(jì)應(yīng)用。

通常工程師在選擇TVS時(shí)為了避免方向性問題而選擇使用雙向TVS，但在未確認(rèn)欲保護(hù)訊號(hào)為單向訊號(hào)或是雙向訊號(hào)前即選擇使用雙向TVS，可能會(huì)讓保護(hù)效果先打了折扣，后續(xù)將解說單向訊號(hào)與雙向訊號(hào)的差異后，進(jìn)一步說明這些訊號(hào)使用單向或雙向TVS會(huì)得到最好的ESD抑制效果。

1. 單向及雙向訊號(hào)特性

一般訊號(hào)可分成為單向訊號(hào)或雙向訊號(hào)，單向訊號(hào)或電源是指此訊號(hào)線只會(huì)出現(xiàn)正電壓或只會(huì)出現(xiàn)負(fù)電壓，這種單極性應(yīng)用的訊號(hào)稱為單向訊號(hào)(Unidirectional Signal)，參考圖一、圖二所示。雙向訊號(hào)(Bidirectional Signal)，意即此訊號(hào)電壓成分同時(shí)含有正電壓與負(fù)電壓存在，請(qǐng)參考圖三。

圖一 : 單向訊號(hào) (訊號(hào)均為正電壓)

圖二 : 單向訊號(hào) (訊號(hào)均為負(fù)電壓)

圖三 : 雙向訊號(hào) (訊號(hào)有正電壓與負(fù)電壓)

2. 單向TVS與雙向TVS之特性

由于需要加TVS保護(hù)的訊號(hào)有可能是單向或雙向，因此選用TVS時(shí)需特別注意并厘清訊號(hào)之準(zhǔn)位是否含有正負(fù)電壓成分存在。當(dāng)訊號(hào)為單向訊號(hào)則需選擇單向TVS會(huì)得到較好的ESD抑制效果，單向TVS符號(hào)請(qǐng)參考圖四。需要注意此訊號(hào)的電壓準(zhǔn)位不能高于TVS的崩潰電壓 (VBR)，當(dāng)訊號(hào)準(zhǔn)位高于崩潰電壓(VBR)時(shí)，會(huì)造成正常工作條件下的訊號(hào)即會(huì)觸發(fā)TVS崩潰導(dǎo)通情況，故選擇TVS時(shí)需先評(píng)估訊號(hào)電壓準(zhǔn)位與欲使用之TVS 的直流參數(shù)(VBR, VF)做比較。舉單向訊號(hào)若為正電壓且搭配使用單向TVS時(shí)為例，因?yàn)閱蜗蛴嵦?hào)不會(huì)有負(fù)電壓而造成元件forward導(dǎo)通的情況發(fā)生，單向TVS直流參數(shù)(VBR, VF)請(qǐng)參考圖五。

圖四 : 單向TVS符號(hào)

圖五 : 單向TVS直流參數(shù)(VBR, VF)

當(dāng)欲保護(hù)之訊號(hào)為雙向訊號(hào)，即其訊號(hào)電壓同時(shí)存在正負(fù)電壓準(zhǔn)位，則需選擇雙向TVS，以避免因誤用單向TVS而發(fā)生負(fù)電壓訊號(hào)forward導(dǎo)通造成訊號(hào)失真。雙向TVS之符號(hào)與I-V 曲線(直流特性)請(qǐng)參考圖六、圖七。

圖六 : 雙向TVS 符號(hào)

圖七 : 雙向TVS直流參數(shù)(VBR)

3. 單向TVS與雙向TVS之應(yīng)用差異

常有誤解指稱單向TVS只能保護(hù)正電壓突波，這是很大的錯(cuò)誤。正確的是：單向TVS與雙向TVS皆能保護(hù)正電壓或是負(fù)電壓的突波，只是在選用時(shí)要注意單向TVS不適用于操作電壓同時(shí)存在正電壓及負(fù)電壓的訊號(hào)線，常見具有雙向電壓特性的應(yīng)用包括: Audio, RS485, RS232…等等。舉例而言單向TVS若應(yīng)用在RS232雙向訊號(hào)線的防護(hù)上，將造成負(fù)向訊號(hào)(-12V)因單向TVS forward導(dǎo)通(約0.7V)而將負(fù)向電壓鉗位在(-0.7V)，紅色虛線為負(fù)向電壓被鉗位到(-0.7V)后的波形，此舉將造成訊號(hào)失真或什至系統(tǒng)當(dāng)機(jī)，請(qǐng)參考圖八、圖九。

圖八 : 單向TVS應(yīng)用在雙向訊號(hào)

圖九 : 負(fù)向訊號(hào)鉗位在 -0.7V

反之若雙向TVS應(yīng)用于單向電壓訊號(hào)，雖不會(huì)有訊號(hào)被不正常鉗位導(dǎo)致失真的情況，但雙向TVS在負(fù)電壓突波條件時(shí)保護(hù)效果遠(yuǎn)劣于單向TVS，無法讓保護(hù)效果最佳化。由于主芯片常為高階制程故非常脆弱，加上主芯片的I/O防護(hù)電路常為單向ESD元件，若此時(shí)在外部電路采用雙向TVS防護(hù)，在出現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)負(fù)電壓突波時(shí)，可能因主芯片內(nèi)部的單向ESD元件先啟動(dòng)導(dǎo)通，而導(dǎo)致主芯片損壞，請(qǐng)參考圖十。 由于雙向TVS在正電壓與負(fù)電壓均要達(dá)到崩潰電壓才能啟動(dòng)導(dǎo)通，所以正電壓時(shí)導(dǎo)通特性曲線上在單向TVS與雙向TVS是相似的，但在負(fù)電壓時(shí)單向TVS其鉗位電壓約 -0.7V即會(huì)Forward導(dǎo)通而達(dá)到保護(hù)功能，而雙向TVS在負(fù)電壓時(shí)需達(dá)到負(fù)向崩潰(譬如5V TVS VBR 約為 -6V)，所以在負(fù)向突波電壓保護(hù)上會(huì)有差異，請(qǐng)參考圖十一TLP曲線比較。 此外，若比較同樣封裝的單向TVS及雙向TVS時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)正電壓時(shí)雖同為崩潰導(dǎo)通條件，但單向TVS的鉗位電壓皆優(yōu)于雙向TVS。這是由于在同樣的芯片面積的條件下，雙向TVS需設(shè)計(jì)的元件數(shù)量較多，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。反觀單向TVS則可以最大化保護(hù)元件的面積，有效降低鉗位電壓及動(dòng)態(tài)導(dǎo)通電組，提升保護(hù)效果。

圖十 : 雙向TVS應(yīng)用在單向訊號(hào)(0V ~ +5V)

圖十一 : 單向與雙向TVS的TLP曲線比較

總而言之，單向TVS或雙向TVS可從電氣特性規(guī)格書中的元件電路圖示(圖四、圖六)辨識(shí)出來。且單向TVS或雙向TVS都可以有效防護(hù)正電壓或是負(fù)電壓的突波，若欲保護(hù)的訊號(hào)為單向訊號(hào)(全為正電壓或全為負(fù)電壓)，選擇使用單向TVS元件則ESD保護(hù)效果肯定優(yōu)于使用雙向TVS元件。只須注意若欲保護(hù)的訊號(hào)為Audio, RS485, RS232等雙向訊號(hào)(具有正負(fù)電壓)，則僅能使用雙向TVS元件，以避免在負(fù)電壓時(shí)單向TVS因二極體Forward而將正常訊號(hào)鉗位在(-0.7V)，導(dǎo)致發(fā)生通訊異常或當(dāng)機(jī)現(xiàn)象。

審核編輯 黃宇