導語：

物聯(lián)網組網將使得數據通信量驟增，而室外組網的高嚴苛和高噪聲環(huán)境對數據傳輸的可靠性提出了更高的要求。因靜電而造成的瞬態(tài)過壓將影響數據傳輸的正確性，甚至損壞總線數據收發(fā)芯片。本文以RS485總線接口芯片為例，講述內置TVS器件保護總線接口芯片方法。

正文：

2008年金融危機提出的物聯(lián)網概念預計10年內可能大規(guī)模普及，這一技術將會發(fā)展成為一個上萬億美元規(guī)模的高科技市場。物聯(lián)網組網將使得數據通信量驟增，而室外組網的高嚴苛和高噪聲環(huán)境對數據傳輸的可靠性提出了更高的要求。因靜電而造成的瞬態(tài)過壓將影響數據傳輸的正確性，甚至損壞總線數據收發(fā)芯片。

電力載波通信抄表系統(tǒng)基于RS485協(xié)議構建的長距離通訊網絡一般架設在室外，一條總線連接數十至數百個RS485收發(fā)器，常因雷電產生浪涌電流導致在線數百個RS485收發(fā)器損壞。如圖1所示是RS485數據總線的浪涌防護方案，氣體放電管GDT作為第一級雷擊浪涌保護，自恢復保險絲PPTC限浪，TVS做二次限壓，其中，TVS1做差模防護，TVS2、3作共模防護，從而達到保護RS485芯片的目的。在電路板布局時要求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數據總線的浪涌防護方案

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稱防護等級足夠高，但若未慎重考慮TVS在印制電路板上的放置位置和走線，則會因板上寄生而造成泄放不及時損毀芯片;其三外置TVS器件需與片內ESD配合設計，若片內ESD不能有效泄放殘壓，同樣會降低系統(tǒng)可靠性。

湖南靜芯微電子技術有限公司根據RS485接口芯片總線端口接觸放電15kV的保護需求，研制了片上集成的TVS器件結構，實現(xiàn)了此器件在RS485接口芯片的片內集成。TVS器件內置避免了印制電路板上的寄生，同時TVS器件依據總線接口需求配合ESD定制設計，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，設計需要考慮：(1)全芯片的ESD防護網絡;(2)TVS器件與驅動輸出管ESD窗口的配合;(3)泄放大部分電流能量的TVS器件結構;(4)TVS器件與內核電路的工藝兼容性;(5)輸出級的版圖畫法。

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置TVS器件及其TLP測試曲線，如圖4所示為TVS器件在芯片內的集成。

圖3總線接口芯片適用的內置TVS器件及其TLP測試曲線

圖4 TVS器件在芯片內的集成

湖南靜芯微電子技術有限公司經過五年的工作積累，對ESD/TVS器件進行專業(yè)設計，開發(fā)成功接口芯片適用的內置TVS器件，達到IEC61000-4-2標準接觸放電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置TVS器件的設計開發(fā)經驗，直接選用本司ESD/TVS器件或委托定制開發(fā)，可有效提升客戶數據傳輸系統(tǒng)的靜電可靠性。