外部I/O接口（USB/HDMI）和TVS二极管的使用示例

什么是外部I/O（Input/Output）接口？

外部I/O接口是指连接外部设备的部分（USB、HDMI、Thunderbolt等）。
外部I/O接口用于多种多样的设备。
例如 : 电脑、智能手机、电视、平板电脑、打印机、POS、扬声器

外部I/O（Input/Output）接口的ESD故障和TVS二极管

外部I/O接口与人或物体接触时会产生静电。
多数情况下，静电会到达IC并导致其发生故障。
出现此类故障时，使用TVS二极管可能会解决这些问题。

使用示例

在外部I/O接口中，TVS二极管非常适合USB和HDMI等需要高速通信的应用。
与压敏电阻和遏抑器相比，TVS二极管可以在ESD发生时立即进行过电压保护。
此外，在没有发生ESD的正常状态下，由于插入TVS二极管而引起的信号线和GND之间的电容很小，因此，可以在高速信号输入时遏制信号质量发生劣化。

以下是如何在USB和HDMI中使用TVS二极管的使用示例和建议的产品型号。

• USB
• HDMI

USB

电源线保护

建议型号

型号	静电容量	击穿电压（最小）
LXES03TAA1-142	5.0pF	7.0V
LXES02TAA1-144	5.0pF	7.0V

数据线保护

建议型号

型号	静电容量	击穿电压（最小）
LXES03TBB1-141	0.45pF	7.0V
LXES02TAA1-145	0.35pF	7.0V
LXES03TAA1-199	1.0pF	7.0V
LXES1UTAA1-157	0.5pF	7.0V
LXES1UTBB1-157	0.5pF	7.0V

建议用于USB和Thunderbolt的静电容量如下所示。
传输速度越高，就越需要低容量的产品。

TVS的datasheet虽给了很多的参数，但是咱们得学会挑重点看，以下几个参数对于我们来说还是非常重要的。

1. 反向关断电压VRWM
   在电路正常的工作情况下，TVS是不工作的,VRWM表示TVS管不导通的最高电压。所以TVS的反向关断电压是大于或等于被保护电路的最高工作电压。只有这样才能保证TVS在电路正常工作下不会影响电路，TVS吸收的电流也可忽略不计。如果TVS的反向关断电压小于被保护电路的最高工作电压，TVS将吸收大量的漏电流而处于雪崩击穿的状态。

通常反向关断电压约为VCC的1.2倍（VCC为电路的最高工作电压）；还拿我第一篇文章USB2.0来举例吧，反向关断电压即我们不希望数据或者电力线超过的工作电压。USB2.0的数据信号电压范围为0-5V，所以我们则希望TVS二极管的反向关断电压最起码要超过5V，以确保数据能正确的传输。

2. 击穿电压VBR
   在TVS二极管开始向地面传导大量电流并提供瞬态保护时的电压限制。通常情况下
   ，击穿电压略大于反向关断电压，以便尽快开始瞬态保护。

3. 钳位电压
   系统在高电压瞬变期间看到的低电压。其应小于后级保护电路的最大可承受的瞬态安全电压即V(钳位电压)<V（max），其中Vmax为电路能承受的最高电压。

4. 脉冲峰值电流I ppp
   反向工作时，在规定的脉冲波形（如：10/1000μs双指数波形）条件下，器件允许通过的最大浪涌电流。当电流超过这个数值时，会永久损坏。

5. 脉冲峰值功率PPP
   脉冲峰值功率PPP是指脉冲峰值电流IPP与最大箝位电压VC的乘积，即PPP＝IPP×VC。 它是TVS管能承受的最大峰值功率。在给定的最大箝位电压下，脉冲峰值功率PPP越大，其浪涌电流的承受能力越大。

6. 结电容
   结电容是TVS的寄生电容。在高速信号下，要尤为关注一下。过大的结电容会影响信号的质量。为了确保能正确的传输，我们需要选择具有较低电容的TVS二极管。下面可做参考选择。同时也可串联一个更小的电容

 

参考资料：

1. https://blog.csdn.net/weixin_43772512/article/details/113281722