低钳位电压芯片解决浪涌问题【EMC学习】

【现象描述】

某设备的某信号口A采用75Ω的连接器及75Ω同轴电缆。根据该产品的相关标准，该端口需要进行浪涌测试，测试电压为士2500V,波形为1.2/50µs,内阻为42Ω。测试方式是差模，即浪涌信号叠加在该信号接门同轴电缆的芯线与外同轴皮之间。测试时发现有如下现象：1）有误码告警，长时间不能恢复正常；2）对A信号口进行测试时，发现B信号口也会出现同样的告警问题，而且长期不能自动恢复，重新上电后才能恢复正常。显然此现象不能满足浪涌测试B级判据的要求。

【原因分析】

该设备的接口信号正常电平为3.3V,经过检查电路设计发现，该设备中测试的信号接口并没有防浪涌保护电路，仅仅每路收发端有一个1:1的PULSE信号变压器。从PCB设计看，其布局布线如下图所示。

另外，受测试的引脚14/15与6/7物理位置较远，相关的PCB信号布线间距是70mil。由此来推断，因为引脚或布线的耦合而使相邻接口产生问题的可能性几乎不存在，比较大的可能性就是器件内部的设计缺陷，只要芯片的信号接口引脚上出现一定幅度的电压，则该业务信号就会出现连续误码、不能恢复的问题。

据测试，这个电压大概只有十几伏，比一般器件能抗的浪涌电压要弱，也可以说是该器件的设计缺陷，但是不能为了一个器件影响设备系统的总体抗浪涌性能，于是只能通过外加保护器件的办法降低浪涌信号在芯片上产生的浪涌残余电压幅度。计划使用几种常用的保护器件进行试验，考虑到寄生电容和信号速度的问题，选择的器件是TVS二极管。

【处理措施】

通过对比测试，可以得出以下结论：1）选用的TVS的钳位电压在测试的浪涌电流条件下要足够低，至少在8V以下。通常在信号回路中时，应当有TVS的钳位电压是1.2~1.5倍的最大信号正常工作电压。实际上也是要求选用TVS要具有足够高的脉冲峰值功率，能够承受浪涌信号大电流的冲击；2）共模和差模保护器中都需要考虑到在PCB中的空间问题，应选用集成度较高的器件。所以只要保证选择的TVS满足以上1）和2）的条件，该设备的浪涌问题就可以得到解决。所以选用SEMTECH公司的LC03-3.3器件可以解决该问题。

【思考与启示】

(1)在选择钳位型浪涌保护器件时，峰值脉冲功率、通流能力、钳位电压均要考虑。通常通流能力越大，同时钳位电压越低效果越好。通常在信号回路中时，TVS的钳位电压应当是1.2~1.5倍的最大信号正常工作电压。

(2)选择TVS进行浪涌保护时，不但要考虑TVS的钳位电压、功率，还要考虑TVS的结电容对信号本身的影响。

注：以上用例来自《EMC电磁兼容设计与测试案例分析》