本文主要介紹在進(jìn)行防護(hù)電路設(shè)計(jì)時(shí)，需要特別留意的防護(hù)元件位置及PCB Layout走線方式等事項(xiàng)，適用于目前市面上各式不同封裝的防護(hù)元件。
1. ESD/EOS保護(hù)元件配置位置的注意事項(xiàng)
圖一 :拆解保護(hù)元件在PCB Layout時(shí)配置位置的各項(xiàng)參數(shù)
● 如圖一L1 - 指PCB Layout 時(shí)Connector與TVS的距離，建議這段距離應(yīng)盡可能縮短，同時(shí)需確認(rèn)Connector后第一個(gè)接觸的零件為TVS防護(hù)元件。 主要目的是減少ESD/EOS瞬態(tài)能量在未通過TVS防護(hù)元件前，能量就耦合到附近或下層的敏感高速訊號trace或是電源路徑的可能性。 其次，瞬態(tài)能量進(jìn)入connector后到TVS防護(hù)元件宣泄至地的距離越短，回路所造成的電磁波干擾也越小。 除此之外，若瞬態(tài)能量在接觸TVS防護(hù)元件前先通過如 Common Mode Choke, 電容或電阻等元件，則會溢散出電磁波干擾系統(tǒng)運(yùn)作，造成系統(tǒng)功能異常或當(dāng)機(jī)。
● L2 - 指在TVS保護(hù)元件和Chipset的I/O之間的距離。 在connector到Chipset IC總長度不變的前提下，若前述L1越短則L2越長，如此可助于放電路徑上電感值增加，進(jìn)而減少流往L2的分流電流并降低流至Chipset IC端的瞬態(tài)電壓振幅。 甚至亦有產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)，直接利用繞線的方式拉長L2的長度做為輔助達(dá)成ESD/EOS設(shè)計(jì)目標(biāo)的方法。
● 如圖一所示L3- 指為了連接TVS保護(hù)元件，在原有I/O trace上外加的T字形分支Layout走線路徑。 ESD/EOS瞬態(tài)突波電流在流經(jīng)此L3所造成的寄生電感時(shí)，將直接造成整體鉗制電壓的提升，對保護(hù)電路的設(shè)計(jì)的影響非常巨大。 因此，進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能使L3能夠越小越好，讓TVS防護(hù)元件不會因其L3所帶來的效應(yīng)，而造成防護(hù)效果不佳。
● 需額外注意的是，若TVS接地時(shí)亦需要直接接到大面積GND層，若采用GND trace的設(shè)計(jì)則亦會在此處造成額外的電感，同樣將直接拉高整體鉗制電壓表現(xiàn)，嚴(yán)重影響 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)功效。
2. TVS防護(hù)元件在PCB Layout的注意事項(xiàng)(此以USB2.0端為范例)
圖二、6-pin TVS防護(hù)元件在dual USB2.0端的Layout范例
● TVS防護(hù)元件的VDD腳位建議直接連接至USB Port VBUS電源trace，盡量避免上述的T字形分支trace或穿層時(shí)VIA造成的電感影響。
● TVS防護(hù)元件的GND腳位應(yīng)直接與PCB Layout中大面積的GND層直接連接，避免使用PCB Trace連接防護(hù)元件的GND腳。
● 如圖二所示，在進(jìn)行多通道TVS保護(hù)元件的PCB Layout時(shí)，VDD或GND腳可能需要使用VIA連接，建議設(shè)計(jì)時(shí)采用兩個(gè)或兩個(gè)以上VIA過孔連接進(jìn)行PCB 穿層，目的為 降低接地阻抗值及降低電感效應(yīng)。
● 如圖二所示，6-pin TVS的位置已盡量接近Connector，布線亦應(yīng)盡量縮短。 避免前述耦合至鄰近或下層訊號或電源路徑的可能性，亦盡可能降低宣泄ESD/EOS能量時(shí)產(chǎn)生的電磁波干擾。
● 進(jìn)行訊號線防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能將TVS保護(hù)元件的PAD直接設(shè)計(jì)于訊號線trace上，避免T字形分支路徑額外造成的電感影響保護(hù)元件的功效，亦可參考以下之實(shí)際layout案例比較。
案例一 : 錯(cuò)誤的PCB Layout方式
圖三、錯(cuò)誤的保護(hù)元件Layout方式
如圖三中訊號線的PCB Layout是透過T字分支的路徑(如圖三藍(lán)色框處所示)連接到保護(hù)元件，將會導(dǎo)致保護(hù)電路鉗制電壓上升，增加ESD/EOS能量往內(nèi)部電路分流的風(fēng)險(xiǎn)，最終可能導(dǎo)致保護(hù)元件無法發(fā)揮其應(yīng)有的效果。
案例二 : 正確的PCB Layout方式
圖四、正確的防護(hù)元件Layout方式
如圖四中訊號線的PCB Layout是將防護(hù)元件PAD直接設(shè)計(jì)在訊號的走線上，符合圖二中訊號線的layout guideline，并未造成額外的T字分支路徑(如圖四藍(lán)色框處所 示)，可確保ESD/EOS能量由Connector進(jìn)入時(shí)，防護(hù)元件可發(fā)揮最佳的防護(hù)效果。
總結(jié) :
隨著電子產(chǎn)品小型化的趨勢，需留意防護(hù)元件在PCB上的擺放位置及Layout方式，避免錯(cuò)誤的布線導(dǎo)致ESD/EOS防護(hù)效果不好。 故在設(shè)計(jì)保護(hù)電路時(shí)，在選擇正確及有效的TVS防護(hù)元件后，妥善完成PCB Layout布線也是影響最終防護(hù)結(jié)果的重要環(huán)節(jié)。
