使用TDS瞬态分流抑制器，实现可靠ESD和EOS保护，完整攻略在此！-电子发烧友网

接触和空气的ESD耐受电压等级为±30kV，符合IEC61000-4-2标准要求
峰值脉冲的额定电流为40A (t_p= 8/20μs)，符合IEC 61000-4-5标准要求；±1kV（t_p= 1.2/50μs、分流电阻(R_S) = 42Ω），符合IEC 61000-4-5标准要求，适用于非对称线路
EFT耐受电压为±4 kV（100kHz和5kHz、5/50ns），符合IEC 61000-4-4标准

当采用这种配置时，TDS2211P可以保护下游器件免受雷击、ESD和其他EOS事件的影响，该器件还可保持V_C低于负载开关中开关FET的损坏阈值（图4）。

图4：TDS2211P可用于保护负载开关 (HS2950P) 和下游器件免受雷电、ESD和其他EOS事件的影响。（图片来源：Semtech）

I0-Link保护

除了在工业环境中发生的常见ESD和EOS危险外，将I0-Link收发器插入I0-Link主设备或从这些设备上拔出时，可能会遇到数千伏的电压尖峰。通常用于保护I0-Link收发器的TVS二极管可以用TDS器件来补充，以提升保护性能。在典型的电路保护应用中，所用器件的额定值至少为输入电源的115%，因此对于I0-Link之类的24V应用，选用像TDS3311PTDS这样的33V保护器件是合适的。TDS3311P的主要规格如下：

接触和空气的ESD耐受电压为±30kV，符合IEC61000-4-2标准的要求
峰值脉冲电流能力为35A (t_p= 8/20μs)，以及1kV (t_p= 1.2/50μs、R_S= 42Ω)，符合IEC61000-4-5标准的非对称线路要求
符合IEC61000-4-4标准的猝发/EFT抗扰度要求

有两种常见的I0-Link端口配置，即3引脚和4引脚。这两种配置需要稍有不同的保护方案。在这两种情况下，TDS器件可以在V_BUS(L+ (24V))线路上补充一个µClamp3671PTVS二极管，以提供反极性保护（图5）。

图5：使用TDS器件（绿色矩形）针对3引脚I0-Link端口（顶部）和4引脚I0-Link端口（底部）的ESD保护的比较。（图片来源：Semtech）

在3引脚情况下，需要3个TDS器件。如需要，可以通过两个面对面的TDS3311P来提供双向保护。在4引脚情况下，I0-Link端口的所有四个针脚应均能承受正负浪涌。连接器的每对引脚间都需要进行测试，以确保I0-Link收发器的浪涌保护性能，并应按照IEC 61000-4-2 ESD、IEC 61000-4-4猝发/EFT和IEC 61000-4-5浪涌的要求水平进行测试。

PoE保护

PoE保护方案必须考虑EOS事件可能是共模（相对于地）或差分（线对线）的情况。PoE的供电电压为48V，因此像TDS5801P这样的58V TDS器件可用于在RJ-45连接器一侧提供EOS保护。TDS5801P的规格如下：

ESD耐受电压：±15kV（接触）和±20kV（空气），符合IEC61000-4-2标准的要求
峰值脉冲电流能力：20A (t_p= 8/20 μs) ，1kV (t_p= 1.2/50μs、R_S= 42 Ω) ，符合IEC61000-4-5标准的的要求
根据IEC61000-4-4的要求，EFT耐受电压为±4kV（100kHz和5kHz、5/50ns）

PoE系统中的电源是通过变压器的中心抽头连接来提供的。PD (RJ-45)端必须同时保护模式A（通过数据对1和2、数据对3和6提供电源）和模式B（通过引脚4和引脚5以及引脚7和引脚8提供电源)，因此需要两对TDS5801P来实现跨中心抽头连接的双向保护（图6）。

图6：背对背TDS器件（绿色，TDS5801P）在PoE系统中提供双向保护，防止EOS事件。（图片来源：Semtech）

变压器提供了共模隔离，但不能提供差分浪涌保护。在差动EOS事件中，线路侧的变压器绕组被充电，能量转移到二次侧，直到浪涌结束或变压器饱和。PD侧的TDS器件可以用位于变压器的以太网物理层(PHY)侧的四个RClamp3361P ESD保护器件进行补充，防止差分EOS事件。

TDS器件

SurgeSwitch TDS器件为设计人员提供了多种工作电压选择，包括22 V (TDS2211P)、30V‍(TDS3011P‍)、33V (TDS3311P)、40V(TDS4001P)、45V(TDS4501P)和58V (TDS5801P)（表1）。这些器件满足 IEC61000标准的要求，可用于那些在恶劣的5G电话和工业环境中运行的系统。

表1：SurgeSwitch器件的额定电压为22V至58V，可满足许多应用要求。（图片来源：Semtech）

由于TDS器件是非耗散性器件，而是通过低阻抗路径将浪涌能量直接转移到地面，因此可以采用1.6 x 1.6 x 0.55mm的小型封装中，相比其他浪涌保护器件通常采用的SMA和SMB封装，可以显著节省电路板空间。具有6个引脚的DFN封装包括3个输入引脚和3个用于将浪涌能量转移到地的引脚（图7）。

图7：TDS器件采用1.6 x 1.6 x 0.55mm的DFN封装，有6根引线（右）；1、2、3号引脚接地，而4、5、6号引脚用作EOS/ESD保护输入。（图片来源：Semtech）

电路板布局指南

当在电路板上安装SurgeSwitch TDS器件时，其所有接地引脚（1、2和3）都必须连接到同一印制线上，所有的输入引脚（4、5和6）也必须连接到同一印制线，以获得最大的浪涌电流能力。如果接地线位于电路板的不同层，强烈建议使用多个通孔与地平面连接（图8）。按照这些PC板布局指南，可以最大限度地减少寄生电感并优化器件性能。此外，SurgeSwitch TDS器件应尽可能地靠近受保护的连接器或器件。这会把瞬时能量与印制线的耦合降至最低，这在快速上升时间EOS事件中尤其重要。由于TDS器件不会耗散任何能量，因此不需要在器件下方设置导热垫来传导热能。

图8：当接地平面位于电路板的不同层时，为获得最佳性能，建议采用多个通孔进行连接。（图片来源：Semtech）

本文小结

对于设计在恶劣环境下工作的工业和5G电话设备的设计人员来说，可以采用TDS器件，以提供可靠、确定的ESD和EOS事件保护。TDS器件的V_C相对较低，通过减少元器件的电气应力来提高系统可靠性。这些器件符合IEC61000标准的瞬态保护要求，并有22V至58V电压范围，可满足特定应用的要求。TDS器件体积小巧，有助于减少整体解决方案的尺寸，但设计人员需要遵循一些简单的PC板布局要求，以发挥TDS器件的最大性能。