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[分享] 数字移动电话电路设计应用TVS管保护电路

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发表于 2021-6-19 09:21:59 | 显示全部楼层 |阅读模式
针对静电放电和电快速瞬变脉冲群(ESD/EFT)等危险浪涌电压会给数字移动电话带来死机、损坏等致命危害的问题,便于电路设计人员加深对TVS管的认识,设计出高可靠性的保护电路,电通过分析TVS管的特性和主要参数及其工作原理,得出了TVS管是一种十分有效地保护器件,但在应用时应当针对不同的保护对象及电路的相关参数来选用元件,同时给出了TVS管在数字移动电话电路设计中的应用保护电路。

  随着半导体技术的高速发展和集成电路的广泛应用,现代数字移动电话(手机)不断朝着尺寸小型化、功能多样化和高度集成化方向发展,其智能化、集成度越来越高,容易受到ESD/EFT(静电放电/电快速瞬变脉冲群)和共模/差模浪涌冲击等浪涌电压的干扰,可能会造成手机工作异常、死机,甚至损坏并引发其他的安全问题。所以在手机上市之前,我国都强制要求进行入网测试,而入网测试中明确要求进行ESD和其他浪涌冲击的测试,其中接触放电需要做到±8kV静电正常,空气放电需要做到±15kV静电正常,这就对其浪涌防护电路提出了更严格苛刻的要求。TVS管浪涌抑制器件具有功率大、响应时间短、残压低等优点,与压敏电阻元件相比,具有优越的保护性能。将其应用于数字移动电话电路的精细保护,设计安全可靠、技术先进的浪涌保护方案,至关重要。

  1、TVS管的主要参数

  TVS管有单极性与双极性之分,它是在稳压二极管的基础上发展起来的,单极性只对一个方向的浪涌电压冲击起保护作用,相当于一个稳压二极管的作用,双极性瞬态二极管对相反的极性浪涌电压冲击都起保护作用,相当于两只稳压管反向串联,它与稳压二极管不同之处是结电容小,响应时间短。TVS管也可以与二极管串联,利用二极管寄生电容较小的特点来降低总寄生电容,可以实现对高速信号端口的保护,如图1(c),(d)中所示。瞬态电压抑制器可承受的冲击电流由下式可得:

  I冲击=W冲击/V冲击

  2、TVS管的伏安特性

  TVS管能够保护晶体管电路,是靠它的伏安特性起箝位作用。当TVS管电压为反偏,且位于0~VBR之间的时候,TVS管呈高电阻状态;当反偏电压超过VBR时候,流经TVS管的电流迅速增加,进入低电阻导通状态,从高电阻状态到低电阻状态的延时只有ps数量级。之后,TVS管两端电压被箝制在Vc以下,经过电压脉冲过后,TVS管又恢复高阻状态。

  3、TVS管的选用

  TVS管在选用时应注意:根据电路预期浪涌电流及可能出现的峰值脉冲功率来确定峰值脉冲电流Ipp、额定脉冲功率Pppm。对于手机电路而言,500W的功率足以满足要求;TVS管的电压保护水平VC应小于被保护电路耐压UW;额定反向关断电压VWM的选择。VWM值的选择要适中,VWM值既要≥US(持续工作电压),又要与US值相接近,选择太大或太小都不能安全可靠保护电路;极间电容C的选择。电容大会使信号损失,对信号起调制作用,引起干扰。因此,要根据电路持性选择合适的电容范围;单向TVS管多用于直流和已知方向的信号电路,双极性TVS管多用于交流和变化的信号电路,TVS管阵列多用于多线保护;TVS管可以串/并接入电路,串行连接可以分电压,并行连接可以分电流,但在应用中应控制串/并数量;TVS管在应用过程中必须考虑环境温度及温度变化情况对TVS管特性的影响,因为温度上升会使TVS管反向漏电流增加,功耗下降。

  4、TVS管在数字移动电话电路中的应用

  数字移动电话的电路基本由射频、数字信号处理、终端接口、电源管理等部分组成,手机电路中需要进行浪涌防护的部位有:SIM卡的CPU读卡器,数字接口(USB),键盘电路,彩屏lcd驱动接口,耳机/麦克风电路,电源接口,数据接口,LCD背光电路(制造时已采取了TVS管保护措施)等。
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