片上集成TVS器件保護(hù)總線接口芯片

導(dǎo)語(yǔ)：

物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)將使得數(shù)據(jù)通信量驟增，而室外組網(wǎng)的高嚴(yán)苛和高噪聲環(huán)境對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃蕴岢隽烁叩囊?。因靜電而造成的瞬態(tài)過壓將影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，甚至損壞總線數(shù)據(jù)收發(fā)芯片。本文以RS485總線接口芯片為例，講述內(nèi)置TVS器件保護(hù)總線接口芯片方法。

正文：

2008年金融危機(jī)提出的物聯(lián)網(wǎng)概念預(yù)計(jì)10年內(nèi)可能大規(guī)模普及，這一技術(shù)將會(huì)發(fā)展成為一個(gè)上萬億美元規(guī)模的高科技市場(chǎng)。物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)將使得數(shù)據(jù)通信量驟增，而室外組網(wǎng)的高嚴(yán)苛和高噪聲環(huán)境對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃蕴岢隽烁叩囊?。因靜電而造成的瞬態(tài)過壓將影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，甚至損壞總線數(shù)據(jù)收發(fā)芯片。

電力載波通信抄表系統(tǒng)基于RS485協(xié)議構(gòu)建的長(zhǎng)距離通訊網(wǎng)絡(luò)一般架設(shè)在室外，一條總線連接數(shù)十至數(shù)百個(gè)RS485收發(fā)器，常因雷電產(chǎn)生浪涌電流導(dǎo)致在線數(shù)百個(gè)RS485收發(fā)器損壞。如圖1所示是RS485數(shù)據(jù)總線的浪涌防護(hù)方案，氣體放電管GDT作為第一級(jí)雷擊浪涌保護(hù)，自恢復(fù)保險(xiǎn)絲PPTC限浪，TVS做二次限壓，其中，TVS1做差模防護(hù)，TVS2、3作共模防護(hù)，從而達(dá)到保護(hù)RS485芯片的目的。在電路板布局時(shí)要求TVS與后端電路RS485芯片和地盡量靠近，以避免泄放速度不夠而造成芯片損壞。

圖1  RS485數(shù)據(jù)總線的浪涌防護(hù)方案

外加分立TVS器件，其一將增加電子系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)成本；其二即便器件本身標(biāo)稱防護(hù)等級(jí)足夠高，但若未慎重考慮TVS在印制電路板上的放置位置和走線，則會(huì)因板上寄生而造成泄放不及時(shí)損毀芯片；其三外置TVS器件需與片內(nèi)ESD配合設(shè)計(jì)，若片內(nèi)ESD不能有效泄放殘壓，同樣會(huì)降低系統(tǒng)可靠性。

湖南靜芯微電子技術(shù)有限公司根據(jù)RS485接口芯片總線端口接觸放電15kV的保護(hù)需求，研制了片上集成的TVS器件結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了此器件在RS485接口芯片的片內(nèi)集成。TVS器件內(nèi)置避免了印制電路板上的寄生，同時(shí)TVS器件依據(jù)總線接口需求配合ESD定制設(shè)計(jì)，有效提高系統(tǒng)可靠性。

如圖2所示為RS485芯片總線接口引腳的靜電泄放路徑，設(shè)計(jì)需要考慮：（1）全芯片的ESD防護(hù)網(wǎng)絡(luò)；（2）TVS器件與驅(qū)動(dòng)輸出管ESD窗口的配合；（3）泄放大部分電流能量的TVS器件結(jié)構(gòu)；（4）TVS器件與內(nèi)核電路的工藝兼容性；（5）輸出級(jí)的版圖畫法。

圖2 總線接口的的靜電泄放路徑

如圖3所示為我司研制的RS485芯片總線接口適用的內(nèi)置TVS器件及其TLP測(cè)試曲線，如圖4所示為TVS器件在芯片內(nèi)的集成。

圖3總線接口芯片適用的內(nèi)置TVS器件及其TLP測(cè)試曲線

圖4  TVS器件在芯片內(nèi)的集成

湖南靜芯微電子技術(shù)有限公司經(jīng)過五年的工作積累，對(duì)ESD/TVS器件進(jìn)行專業(yè)設(shè)計(jì)，開發(fā)成功接口芯片適用的內(nèi)置TVS器件，達(dá)到IEC61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)接觸放電15kV，高于行業(yè)常規(guī)IEC61000-4-2 level4 8kV。本司具備總線接口芯片內(nèi)置TVS器件的設(shè)計(jì)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，直接選用本司ESD/TVS器件或委托定制開發(fā)，可有效提升客戶數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的靜電可靠性。