前言
文档版本：V1.0
编制目的：规范瞬态电压抑制器（TVS）选型、电路设计、PCB布局、降额设计及测试验证，用于电源端口、信号端口的ESD、电快速脉冲群、浪涌过电压防护，防止后端半导体器件被瞬态高压击穿损坏。
适用范围：板级硬件ESD、EFT、小能量浪涌防护；不适用于大功率雷电浪涌大能量吸收场景（大功率雷电浪涌优先MOV/GDT）。
参考标准：IEC 61000-4-2、IEC 61000-4-4、IEC 61000-4-5、GB/T 17573
1 术语与定义
VRWM：反向工作峰值电压，TVS最大允许持续施加的直流电压，正常工作下TVS不导通、漏电流极小。
VBR：击穿电压，规定测试电流下TVS开始击穿导通的电压。
VC：最大钳位电压（残压），规定峰值脉冲电流下TVS两端最高电压，后端芯片耐压必须大于该值，为保护设计最关键参数。
IPP：峰值脉冲电流，规定脉冲波形（通常10/1000μs）下TVS可承受最大脉冲电流。
Pppm：峰值脉冲功率，Pppm=VC×IPP，器件可承受的瞬态脉冲功率。
IR：反向漏电流，VRWM电压下的漏电流，信号端口需重点关注，避免直流电平偏移。
电容Cj：结电容，高速信号端口关键参数，电容过大会造成信号边沿畸变、带宽下降。
2 选型核心参数设计准则
2.1 反向工作峰值电压 VRWM
基本原则：正常稳态工作时TVS必须保持截止状态，不能影响电路正常工作。
-
直流电源端口：VRWM ≥ 电路最大稳态直流电压Vcc(max)
-
交流信号/交流小电压：VRWM ≥ 信号最大峰值电压
降额建议：VRWM ≥ 1.1倍系统最高稳态电压，避免电压波动导致TVS持续漏电。
禁止：VRWM低于系统正常工作电压，会导致TVS常导通，发热烧毁。
2.2 击穿电压 VBR
VBR > VRWM；VBR存在公差（通常±5%~±10%）。
选型原则：VBR不能过低，防止电路噪声触发TVS误动作；也不能过高，否则残压VC升高，保护能力变差。
2.3 最大钳位电压 VC（残压，最重要参数）
VC必须小于后端被保护器件的绝对最大耐压值。
重点提醒：不要使用VBR评估保护效果，必须以VC作为芯片耐压校核依据。
2.4 峰值脉冲电流 IPP / 峰值脉冲功率 Pppm
TVS脉冲功率一般基于10/1000μs脉冲波形。
选型原则：TVS标称Pppm ≥ 实际瞬态脉冲功率；
降额设计：实际脉冲功率 ≤ 0.7 × TVS额定峰值脉冲功率。
区分：ESD（小电流，ns级）、EFT（中能量）、雷电浪涌（大能量，优先MOV）；
TVS适合小、中能量瞬态脉冲。
2.5 反向漏电流 IR
电源端口：IR影响较小；高速信号、高阻抗采样端口：IR必须很小，防止静态电平偏移、精度下降。
2.6 结电容 Cj
-
低速信号/电源口：结电容影响可忽略；
-
高速信号（USB2.0、CAN、LVDS、以太网等）：必须选用低电容TVS（Cj＜pF级），避免信号衰减、上升沿劣化、眼图变差。
3 TVS器件分类与选型取舍
单向TVS：仅单向钳位，适合直流电源，正向为二极管导通压降；双向TVS：正负双向均可钳位，适合交流信号、差分信号、交流小电压回路。
| 器件 | 优势 | 劣势 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 单向TVS | 同封装下功率更高，漏电流小 | 只能单向保护 | 直流电源轨防护 |
| 双向TVS | 正负脉冲都可钳位 | 同等封装下功率略低 | 信号口，差分总线，交流小信号 |
| 低电容TVS | 结电容极低，不影响高速信号 | 脉冲功率偏小 | USB、HDMI、CAN、RS485、LVDS |
| 大功率TVS | 脉冲功率高 | 结电容大，体积大 | 电源端口EFT、小浪涌 |
4 电路设计规则
4.1 基本拓扑
-
单端电源：单向TVS，阴极接电源轨，阳极接GND；
-
单端信号：双向TVS，一端接信号线，一端接GND；
-
差分信号：推荐差分对专用TVS阵列，匹配差分阻抗，保证两路结电容一致性。
4.2 TVS串并联设计
-
并联TVS：同型号双向/单向TVS并联，提升总脉冲电流；缺点：器件参数不一致，电流分配不均，不推荐优先使用，优先选单颗大功率TVS。
-
串联TVS：提高总VRWM，必须匹配均压；工程极少使用，会抬高残压VC。
4.3 多级防护搭配（TVS+MOV/GDT）
当端口同时存在雷电浪涌和ESD：一级：GDT/MOV泄放大能量浪涌；二级：TVS做后端精细钳位，吸收残余过电压，保护芯片；
注意：两级之间需要串联限流电阻/电感，配合能量配合，防止前级动作后高压直接击穿TVS。
4.4 限流电阻配合（信号端口常用）
信号线路ESD防护：TVS前端串联小阻值限流电阻（几十Ω），和TVS构成RC吸收回路，限制ESD电流，降低TVS压力；电阻功率选型满足稳态压降要求。
5 PCB布局规范（强制要求）
-
TVS必须紧贴被保护芯片引脚，越近越好；尽量缩短TVS到芯片的引线，减小引线电感；引线电感会极大抬高瞬态残压，导致保护失效。
-
TVS接地引脚直接连接到低阻抗地平面，地线短粗，减小地弹。
-
瞬态泄放回路面积最小化，减少环路面积，降低感应电压。
-
信号端口TVS：差分信号两根信号线走线长度匹配，TVS阵列对称布局，保证差分阻抗一致。
-
TVS与端口连接器之间可预留限流电阻位置；TVS不能放在连接器远端，远离芯片。
-
大功率TVS预留散热铜皮；高压信号注意爬电距离。
6 禁止使用场景
-
大功率雷电浪涌（8/20μs大电流）：TVS能量容量不足，容易烧毁，优先MOV/GDT；
-
持续过电压工况：TVS持续导通，会过热烧毁；TVS仅用于瞬态脉冲，不能承受持续工频过压；
-
极高阻抗微弱信号，漏电流IR过大的普通TVS会造成信号偏移；必须选用超低漏电流型号。
7 可靠性降额规范（强制）
反向稳态电压：VRWM ≥1.1倍系统最高稳态电压；脉冲功率：实际脉冲功率 ≤0.7×额定峰值脉冲功率；环境温度：环境温度＞70℃时，功率进一步降额；温度越高，可承受脉冲功率越低。
8 测试验证项目
-
静态参数测试：VRWM、VBR、IR，核对器件规格；
-
ESD抗扰测试：IEC61000-4-2，接触放电/空气放电；
-
EFT电快速脉冲群测试：IEC61000-4-4；
-
浪涌测试（若需要）：IEC61000-4-5小能量浪涌；
-
测试后复测IR、VBR，确认器件无永久损伤；
-
信号完整性测试（高速信号）：眼图、带宽测试，评估TVS结电容对信号影响。
9 TVS选型评审检查表
☐ VRWM ≥系统最大稳态电压，留1.1倍裕量
☐ 最大钳位电压VC小于后端器件最大耐压
☐ 单向/双向TVS选型匹配电路类型（直流/交流信号）
☐ 高速信号端口已校核结电容Cj，选用低电容型号
☐ 峰值脉冲功率满足ESD/EFT需求，完成功率降额核算
☐ PCB布局：TVS靠近被保护器件，泄放环路最小
☐ 差分信号使用TVS阵列，保证两路参数匹配☐ 多级防护方案已做能量配合，增加限流元件
☐ 测试计划包含ESD/EFT，高速
口增加信号完整性验证
10 典型选型示例
示例1：DC5V电源端口ESD/EFT防护最大稳态电压5V；VRWM≥5.5V；选用单向TVS，VRWM=6V，VC＜10V，Pppm≥500W。
示例2：USB2.0高速信号防护差分信号，速率480Mbps；选用双向低电容TVS阵列，Cj＜3pF，VRWM≥5V，VC＜8V。
示例3：CAN总线信号防护差分总线，双向信号；双向低电容TVS阵列，VRWM≥24V，低结电容，满足总线信号要求。