接口電路上TVS二極管陣列的選型與布局布線規則

文章出處：平尚科技責任編輯：平尚科技發表時間：2025-10-30

?接口電路上TVS二極管陣列的選型與布局布線規則

在AI服務器和邊緣計算設備的接口電路設計中，瞬態電壓抑制（TVS）二極管陣列是保障系統穩定運行的第一道防線。面對電網波動、靜電放電（ESD）和雷擊浪涌等威脅，合理的選型與布局布線不僅直接影響防護效果，更決定了AI硬件在嚴苛環境下的可靠性。平尚科技基于工業級技術積累，通過國產化替代方案，為AI電源接口提供了完整的TVS二極管陣列解決方案。

選型TVS二極管陣列需首先區分雪崩TVS與二極管陣列的特性差異。雪崩TVS具有高浪涌額定值（例如200W峰值脈沖功率），但其電容通常較大（可達數十皮法），更適合電源總線的保護；而二極管陣列電容極低（可至0.5pF），但浪涌耐受能力中等，專為高速數據線（如USB 3.0、HDMI）設計。在AI服務器的電源管理單元中，平尚科技優先為12V電源路徑選用雪崩TVS，將鉗位電壓控制在53.3V以內；而為25Gbps的光模塊接口配備二極管陣列，確保信號完整性不受損。

單向與雙向TVS的選擇取決于電路架構。單向TVS（如SMF33A）利用其低壓降特性，適用于單極性供電的AI加速卡直流線路，可將負向浪涌鉗位至-0.7V以下；雙向TVS則用于差分信號接口（如CAN總線），通過對稱鉗位消除共模噪聲，將音頻放大器中的嗡嗡聲降低至-100dB以下。平尚科技的測試顯示，在-40℃至85℃工業級溫度范圍內，國產雙向TVS的擊穿電壓偏差穩定在±5%以內，媲美進口器件。

國產化替代需聚焦關鍵參數對標。以平尚科技采用的SMF33A為例，其反向工作電壓（VRWM）33V、鉗位電壓（VC）53.3V、漏電流低至1μA，峰值脈沖功率達200W。相較于安世PTVS系列，其鉗位電壓偏差控制在±5%以內，且通過IEC61000-4-2標準±8kV接觸放電測試。在AI訓練設備的24V電源導軌保護中，這種特性使得系統在遭遇4kV浪涌時仍能維持輸出電壓紋波小于50mV。

低電容與動態電阻的平衡是高速接口選型的核心。平尚科技為5G基站的光模塊選用電容＜0.5pF的TVS陣列（如SP0544T系列），動態電阻低至0.4Ω，將信號抖動抑制在0.1UI以內。對比測試表明，傳統TVS因電容過高會導致10Gbps信號上升沿延遲15%，而優化方案僅影響2%。

以下表格總結了不同應用場景的TVS選型要點：

布局布線規則：從理論到實踐驗證
位置布置是優化的首要原則。TVS器件應盡可能接近接口連接器（如RJ45或USB端口），確保浪涌電壓在耦合至PCB內部走線前被有效鉗位。平尚科技在AI服務器的千兆以太網接口設計中，將TVS與連接器距離控制在3mm以內，使ESD脈沖在0.5ns內被分流，比遠端布局的鉗位速度提升40%。

接地策略直接影響噪聲隔離效果。保護電路需將浪涌電壓分流至機殼或電源地，而非信號地，以避免接地反彈。通過使用短而寬的接地導線（寬度≥1.5mm），平尚科技將寄生電感從3nH降至0.5nH，鉗位電壓的超調量減少20%。在多層板設計中，優先采用獨立接地層，使TVS的接地回路與敏感電路隔離。

走線設計需最小化寄生參數。TVS與被保護線路的回路面積應盡可能減小，例如通過縮短接口與TVS的間距至5mm內，將輻射噪聲降低6dB。對于高速PCIe接口，平尚科技采用差分對對稱布線，將環路區域控制在2mm2以下，使電磁干擾（EMI）測試通過Class B標準。

協同防護強化系統級可靠性。在5G基站的電源入口，平尚科技將TVS與氣體放電管（GDT）組成兩級電路，其中TVS作為精細鉗位，GDT承擔大能量泄放。該方案通過4kV組合波浪涌測試，殘壓控制在480V以內。同時，遵循“先防護后濾波”原則，避免濾波電路被過壓擊穿。

國產化替代的價值：供應鏈與成本效益
平尚科技的工業級TVS方案通過參數對標與產能保障，實現交期縮短50%、成本降低15-20%。例如，替代安世PTVS20VS1UR的S-P4SMFJ20CA，在10萬次脈沖沖擊測試中不良率控制在PPM級，助力AI硬件在供應鏈波動中維持穩定生產。

通過精準的選型與科學的布局布線，平尚科技以工業級TVS二極管陣列守護AI電源接口的安全。這種基于國產化替代的技術路徑，不僅提升了系統的可靠性，更為智能計算設備的自主可控發展注入了動力。

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