Amazingic晶焱TVS 選型時，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)計應(yīng)用。

通常工程師在選擇TVS時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)訊號為單向訊號或是雙向訊號前即選擇使用雙向TVS，可能會讓保護(hù)效果先打了折扣，后續(xù)將解說單向訊號與雙向訊號的差異后，進(jìn)一步說明這些訊號使用單向或雙向TVS會得到最好的ESD抑制效果。

1. 單向及雙向訊號特性

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

圖一 : 單向訊號 (訊號均為正電壓)

圖二 : 單向訊號 (訊號均為負(fù)電壓)

圖三 : 雙向訊號 (訊號有正電壓與負(fù)電壓)

2. 單向TVS與雙向TVS之特性

由于需要加TVS保護(hù)的訊號有可能是單向或雙向，因此選用TVS時需特別注意并厘清訊號之準(zhǔn)位是否含有正負(fù)電壓成分存在。當(dāng)訊號為單向訊號則需選擇單向TVS會得到較好的ESD抑制效果，單向TVS符號請參考圖四。需要注意此訊號的電壓準(zhǔn)位不能高于TVS的崩潰電壓 (VBR)，當(dāng)訊號準(zhǔn)位高于崩潰電壓(VBR)時，會造成正常工作條件下的訊號即會觸發(fā)TVS崩潰導(dǎo)通情況，故選擇TVS時需先評估訊號電壓準(zhǔn)位與欲使用之TVS 的直流參數(shù)(VBR, VF)做比較。舉單向訊號若為正電壓且搭配使用單向TVS時為例，因?yàn)閱蜗蛴嵦柌粫胸?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)請參考圖五。

圖四 : 單向TVS符號

圖五 : 單向TVS直流參數(shù)(VBR, VF)

當(dāng)欲保護(hù)之訊號為雙向訊號，即其訊號電壓同時存在正負(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forward導(dǎo)通造成訊號失真。雙向TVS之符號與I-V 曲線(直流特性)請參考圖六、圖七。

圖六 : 雙向TVS 符號

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，只是在選用時要注意單向TVS不適用于操作電壓同時存在正電壓及負(fù)電壓的訊號線，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雙向訊號線的防護(hù)上，將造成負(fù)向訊號(-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，此舉將造成訊號失真或什至系統(tǒng)當(dāng)機(jī)，請參考圖八、圖九。

圖八 : 單向TVS應(yīng)用在雙向訊號

圖九 : 負(fù)向訊號鉗位在 -0.7V

反之若雙向TVS應(yīng)用于單向電壓訊號，雖不會有訊號被不正常鉗位導(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，若此時在外部電路采用雙向TVS防護(hù)，在出現(xiàn)系統(tǒng)級負(fù)電壓突波時，可能因主芯片內(nèi)部的單向ESD元件先啟動導(dǎo)通，而導(dǎo)致主芯片損壞，請參考圖十。 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導(dǎo)通，所以正電壓時導(dǎo)通特性曲線上在單向TVS與雙向TVS是相似的，但在負(fù)電壓時單向TVS其鉗位電壓約 -0.7V即會Forward導(dǎo)通而達(dá)到保護(hù)功能，而雙向TVS在負(fù)電壓時需達(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)上會有差異，請參考圖十一TLP曲線比較。 此外，若比較同樣封裝的單向TVS及雙向TVS時，會發(fā)現(xiàn)正電壓時雖同為崩潰導(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(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)的訊號為單向訊號(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)的訊號為Audio, RS485, RS232等雙向訊號(具有正負(fù)電壓)，則僅能使用雙向TVS元件，以避免在負(fù)電壓時單向TVS因二極體Forward而將正常訊號鉗位在(-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