被选择的器件必须能够提供高水平的保护，而不对一般的电路运行造成干扰
Semtech公司BILL RUSSELL著
---- 瞬态电压在电信设备中是普遍存在的事实。实际上，闪电和ESD保护长期以来由保护标准（如美国的Bellcore 1089和欧洲的ITUK20-21）来执行。而今天，选择合适的电路保护器件则是首当其冲的。 ---- 半导体复杂性的不断增加使之对不断减少的几何电容造成的过压影响更加敏感。电路保护设备的选择面临很大的挑战。 ---- 所选器件必须能提供高水平的电路保护而不会对通常的电路运行造成干扰。高速度的系统尤其困难，因为任何增加的器件都会造成相当大的信号失真。 详述及标准波形
---- 瞬态事件已被研究了很多年了。大多数都由几个工业标准进行描述，这些标准为电子设备定义了瞬态保护的要求。比如，代表感应闪电瞬态的电压波形，通常被描述成一个双指数脉冲。 ---- 双指数浪涌波形被定义为在到达峰值时有一个指数上升，从峰值跌落有一个指数衰减。该脉冲由一个从峰值的10%上升到90%的上升时间和衰减到50%的衰减来说明。 ---- 美国电信系统中感应闪电最常见的双指数波形之一是10/100μs脉冲波形，由Bellcore TRNWT-001089所定义。国际电信标准如TTUK20-K21详述了闪电感应的5/310μs的瞬态脉冲。最近的一些瞬态保护标准有由欧洲机构设定的IEC 61000-4-x系列标准。 ---- IEC 61000-4-2系列对人为的ESD瞬态要求进行了定义。测试电压范围2～15kV，峰值电流高达30A。IEC 61000-4-2所定义的ESD波形速度极快，最大上升时间为1ns，总持续时间仅60ns。 ---- 脉冲包含的总能量有几百个微焦。IEC 61000-4-5定义了威胁电信线路的闪电。该标准规定用双指数脉冲（10/700μs）描述这种威胁。 ---- 瞬态电压对半导体设备的影响是潜在的和巨大的。一个设计周到的系统必须考虑到每一种威胁，提供可靠的保护电路，而且不会影响系统的正常工作。保护器件有好几种，但并不是每一种都能应用在特定的应用场合中。 保护技术
---- 处理闪电和ESD感应情况的最好方法是从敏感元件上将瞬态电压转移走。一般由一个并联连接的保护器件完成。发生瞬态事件时，瞬态电流通过瞬态抑制器分流，使被保护电路上的电压降低。 ---- 这种类型的浪涌抑制器分为两类：钳式和杆式。每种类型都为一种给定的瞬态条件而优化。 ---- 钳式器件的非线性电流-电压特性曲线与齐纳二极管的相似。在一般工作条件下，钳式器件对于被保护电路来说如同一个高阻抗器件。理想状态下，该器件可表现为开路，尽管存在很小的漏电流。 ---- 当瞬态电压超过了正常的工作电压，器件开始导通，成为瞬态电流的一条低阻抗通路。瞬态功率耗散在器件内部，并受最大允许结温的限制。 ---- 当线电压回到正常水平时，钳式器件可自动转回到高阻抗状态。瞬态电压抑制器（TVS）二极管是典型的钳式器件。TVS二极管在板级低电压应用如T1/E1，T3/E3，Ethernet和ADSL电路中是最佳选择。 ---- 另一方面，杆式器件开始时是失效的，有正电阻，当到达导通电压时，它跳回到一个低导通状态电压。这个低的导通状态电压使器件消耗的功率更少，从而提供一个与钳式器件相比更高的浪涌电流处理能力。 ---- 缺点是通过器件的电流必须降到规定的保持电流以下，使它能够回到不导通状态。在电信应用中，两个常用的杆式器件是气体放电管和TVS晶闸管。杆式器件在高电压铃声信号或电池电压驱动的应用（如POTS和SLIC接口）中有很多优点。 ---- 图1展示了典型的SLIC接口保护电路。这个设计使用一个基于晶闸管的TVS器件，把器件与系统的电池电压（一般-48～-100V）相比，对它进行编程。当线电压超过系统的电池电压，门点火二极管前偏置，使内部的晶闸管点火，将浪涌电流引入地。 |  图1：典型的SLIC接口保护电路用一个基于晶闸管的TVS器件，把器件与系统的电池电压相比，对其编程。
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---- 设计好的系统一般在超过电池电压大约5V时点火。对于正时间瞬态，引导二极管前偏置，再次将浪涌引入地。这种类型的可编程保护尤其适用于新的自振铃SLIC IC。 ---- 新的器件设计要求具备高速通信系统所需的低工作电压和低电容特性。低电容保护一般可分为三种结构： ---- 1、低电容分流保护
---- 低电容分流结构利用了串联电容关系。两个串联电容器的电容值比最小的电容还要小。 ---- 2、电源满摆幅保护
---- 另一个常见的保护高速数据线路方法是在电源满摆幅结构中使用低电容引导二极管。每条线路上两个器件被连接在两个固定的电压基准之间，如Vcc和地。当瞬态电压超过二极管前置电压降与基准电压之和时，二极管将浪涌引入电源基准或地。 ---- 这个方法的优点有：低负载电容、快速响应时间和固有的双向性（在基准电压内）。也有几个缺点：首先，分立的器件无法很好地处理与ESD有关的高的瞬态电流，而且，如果超过二极管的额定功率，二极管会被击穿。 ---- 这种结构的另一个问题是：将浪涌引入电源基准时会对下游器件造成损坏。在电源基准线加一个TVS二极管就能解决这个问题。 ---- 由于TVS和保护二极管之间的寄生电感产生一个很大的钳位电压上升，因此，电路板的布局也要仔细考虑。集成TVS器件如Samtech的Rail Clamp系列克服了这种结构中固有的缺点，同时还具有很多优点。这些器件集成了有额定浪涌电压的低电容引导二极管，还集成有TVS二极管。 ---- 从分流和电源满摆幅拓扑受益的应用实例就是T1/E1接口。一个典型的T1/E1保护电路如图2所示。在变压器一端，低电容TVS二极管阵列起闪电和ESD保护的作用。这个器件应该能够处理设计标准所规定的闪电浪涌，并应该能钳住最大为6V的瞬态电压。 |  图2：典型的T1/E1接口电路受益于分流和电源满摆幅拓朴。
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---- 在变压器IC端，一个电源满摆幅器件通过将线电压钳制到电源基准电平来防止CMOS闭锁。集成的TVS二极管使电源电压和地之间的电压保持在器件的击穿电压范围内（包括一个二极管的压降）。 ---- 3、低电容桥
---- 另一个低电容保护拓扑是桥式结构。桥式整流器减少有效负载电容，同时引导瞬态电流安全地通过TVS二极管。用这个方法，数据线路既可以以共模保护也可以以差模保护。 ---- 用分立器件实现这种方法也是不太好的，原因与上述相同。使用一个集成了额定浪涌电压二极管桥和一个高功率TVS二极管的集成器件则是合适的。 ---- 这种结构类型用于保护T3/E3和STS-1接口。大多数这种接口必须满足ESD和/或Bellcore 1089内部浪涌要求（美国），因为他们被广泛用于运行少于450英尺的短拖动应用。 ---- 图3举例说明了如何用一个集成了桥的TVS保护这些接口。来自BNC接口的数据线通过了桥的一边，在器件另一边有接地。 |  图3：使用一个集成了二极管桥和一个高功率TVS二极管的集成器件能保护T3/E3和STS-1接口。
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---- 在这种结构里，所选的TVS应将每条线路加入小于12pF的电容，并提供100A（tp=8/20μs）的浪涌保护。当连接在同一建筑物内部，没有闪电或高差模感应能量的情况下，电源满摆幅器件是很有效的。他们提供ESD和低电压电浪涌保护。
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