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高频率应用下的电路保护(2)

高频率应用下的电路保护(2)

点击数:7581 次   录入时间:03-04 11:50:53   整理:http://www.55dianzi.com   电子技术
譬如,理想USB2.0数据线上的寄生电容总量一般要求控制在10pF以内,而DVI或HDMI数据接口要求则更低,通常低于1pF。但由于设计余量以及其他电子器件寄生电容的影响,对抑制器件电容值的要求更为苛刻。

高速信号和瞬变(如ESD)还带来了另一个寄生特性—电感。尤其值得关注的是用来实现连接器、芯片及其他任何配套元件之间互连的电路板上迹线的寄生电感。与电容效应相似,由电路板迹线所产生的电感将不会影响低频信号。但是,在高速条件下,这种电感将产生有可能影响信号完整性的阻抗分量。当高频信号(如ESD)通过时,少量的迹线电感可能转换成巨大的阻抗。

ESD防护中,设计师可通过在ESD抑制器和受保护芯片之间设置尽可能大的距离的方法来利用上述特性来完善ESD器件和IC本身间的协同、耦合。雷击防护中,由于浪涌中的高速频率成分并不多,寄生电感的阻抗影响较小。这就需要在雷击防护器件间加入一定的耦合元素。

以太网雷击防护中,情况略微复杂。这是由于相对于ESD,雷击能量较高,作用时间长,防护时有时需要多种防雷器件协同保护。同时又要考虑这些防雷器件的电容,耦合器件对阻抗匹配的影响,以及数据线间平衡度的要求。如果再加上POE技术应用于数据线上,又需考虑防雷器件的“误动作”,以及耦合器件在工作电流下的功耗和压降等因素。通常的防护概念普遍如此:
                                  
                                        图3.泰科电子瑞侃PESD器件的ESD抑制曲线。
首先利用GDT(气体放电管)的低电容,高通流量,但防护效果“粗”的特点,选用适合的GDT作为第一级雷击防护;其次选用低电容,防护效果“细”的半导体器件组合作为第二级雷击防护;最后可在以太网隔离变压器次级选用极低容值反应迅速的ESD防护器件作为“精密”防护。在一二级防护器件间的耦合器件有时还要承担起过流保护的职责,它的选择也很关键。

泰科电路保护部门拥有符合标准的高品质GDT全系列;晶闸管,SibarTM系列,可在特殊半导体组合下承担起二级防护功能;极低电容的pESD系列可在充足保护功能下,提供给工程师更大的设计空间。在提供品质优秀的多数防护产品同时,电路保护部门可针对客户的不同要求,提供高性价比的一揽子解决方案,以及快速的相关技术服务。

ESD的防护对于高速率传输端口尤为重要。众所周知,由半导体技术决定,处理数据越快,芯片对静电越敏感。对这些端口的静电保护,要考虑的因素也比较多。

低电容ESD保护对于高速条件下保持数据的完整性是非常关键的。在常见的瞬间过电压抑制器件中,金属氧化物压敏电阻(MOV)和多层压敏电阻(MLV)因价廉物美而应用广泛。但其固有的高电容决定了其应用范围只能局限于低频领域和电源的瞬间电压抑制上。而硅类ESD防护器件,包括齐纳二极管、TVS二极管/阵列等,虽然具有保护电压低而准确的优点,其寄生电容依旧不可忽视,通常难以适用于高速数据通讯接口,如HDMI,IEEE1394等。
                             
                                    图4.泰科电子瑞侃PESD器件的插入损耗曲线。

为满足高速数据通讯接口既ESD保护有效、又不影响高速信号传输的要求。近年来,市场上推出了多种专门适用于此类保护要求的器件。其中以泰科电子瑞侃电路保护部推出的PESD器件为代表。该器件的电容极低(通常0.25pF,图4、图5展示了PESD的高频特性),漏电流极小(<0.001A);ESD防护快速有效(响应曲线如图3所示,触发电压典型值为150~250V;响应时间少于1ns);价格低于低电容硅器件。因此,在高速数据传输条件下,PESD器件拥有更佳的保护应用特性。该器件已成功应用于HDMI1.3和USB2.0等多种高速接口电路。

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