在這個(gè)安裝“保護(hù)你的端口！“保持通信連接的最佳設(shè)計(jì)技巧”系列，我們將討論低速接口和電源電路，包括音頻/視頻端口、直流電源等，以及如何保護(hù)它們的各種方法。

這是“保護(hù)你的港口”的第三篇文章通信接口保護(hù)系列。前面的文章討論了高速數(shù)據(jù)接口，如以太網(wǎng)供電、USB、HDMI、DisplayPort和eSATA。本文將介紹低速接口的保護(hù)方案。此外，討論將延伸到電源線頻率和直流，以提出交流和直流電源的保護(hù)方法。

文中討論了模擬鍵盤、數(shù)字鍵盤的低速通信協(xié)議。表1列出了這些接口的數(shù)據(jù)速率。

這些低速接口容易受到電壓瞬變的影響，特別是靜電放電（ESD）；然而，電源易受電源線感應(yīng)過(guò)電流和電壓瞬變的影響。開(kāi)發(fā)能夠承受瞬態(tài)沖擊的可靠接口電路需要使用保護(hù)方法來(lái)保護(hù)電路。本文提供了保護(hù)這些接口和為其供電的電源的建議。

數(shù)字音頻電路中的音頻編****，如圖1A方框圖所示，容易受到快速瞬態(tài)浪涌和靜電放電沖擊的損壞。幸運(yùn)的是，設(shè)計(jì)者只需要一個(gè)組件就可以為左側(cè)輸出和右側(cè)輸出提供保護(hù)。

圖1音視頻接口端口的瞬態(tài)電壓保護(hù)

建議使用由一對(duì)背靠背齊納二極管組成的瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）二極管陣列，如圖2所示。

圖2用于音頻電路ESD保護(hù)的雙向二極管陣列對(duì)

TVS二極管陣列的優(yōu)點(diǎn)包括：

• 從電快速瞬變中吸收高達(dá)40A的能力

• 可安全吸收高達(dá)±15 kV的靜電放電

• 對(duì)1ns以下瞬態(tài)的快速響應(yīng)

• 0.5μA的低泄漏電流，在正常工作條件下消耗的功率可忽略不計(jì)

• 最大電容為6 pF，以確保保護(hù)二極管對(duì)傳輸信號(hào)完整性的影響最小

此外，這些電視二極管陣列的版本是AEC-Q101-符合汽車市場(chǎng)要求. AEC-Q101標(biāo)準(zhǔn)指的是一系列的應(yīng)力測(cè)試，組件必須滿足這些測(cè)試才能被歸類為汽車級(jí)部件。這些電視二極管陣列在SC70-3表面貼裝封裝中提供。因此，一個(gè)小的，表面安裝包可以幫助創(chuàng)建一個(gè)強(qiáng)大的音頻線路端口。

與音頻端口一樣，視頻端口易受ESD和其他瞬態(tài)的影響。圖1B顯示了一個(gè)模擬視頻端口及其四條輸出線：Y、C、video和RF。單個(gè)元件可以為視頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供必要的保護(hù)。在這種情況下，推薦的組件是一個(gè)4通道TVS二極管陣列芯片，如圖3所示。

圖3帶齊納二極管保護(hù)的4通道TVS二極管陣列

4通道TVS二極管陣列組件提供：

• 吸收無(wú)損傷高達(dá)40安培的電快速瞬變

• 通過(guò)空氣和直接接觸，ESD保護(hù)高達(dá)±15 kV和±10 kV

• 典型泄漏電流低至10毫安

• 極低0.3 pF的典型引腳接地電容

這種類型的保護(hù)組件的版本也經(jīng)過(guò)AEC-Q101認(rèn)證，可用于汽車應(yīng)用。該組件采用SOT23-6表面貼裝封裝，以最大限度地減少pc板的消耗。4通道TVS二極管陣列芯片提供必要的保護(hù)，對(duì)視頻信號(hào)的影響最小。

鍵盤是許多工業(yè)和消費(fèi)品的數(shù)據(jù)輸入和控制設(shè)備。圖4A顯示了鍵盤端口的框圖。

圖4鍵盤和電池組的保護(hù)方案

激活需要直接接觸，這可能會(huì)在鍵盤電路上引入靜電放電。對(duì)于鍵盤線路，考慮使用多層壓敏電阻（MLV）。MLV提供高水平的保護(hù)：

• 吸收高達(dá)500 a的浪涌電流脈沖或2.5 J的浪涌能量

• 寬工作溫度范圍?40°C至125°C

• 工作電壓范圍廣，低至3.5伏

MLV有助于實(shí)現(xiàn)EMC標(biāo)準(zhǔn)，如IEC 61000-4-2. 此外，MLV還提供緊湊型0402表面安裝包。

電池組提供電源，因此控制器IC需要過(guò)電流和電壓瞬變保護(hù)。圖4B顯示了電池信號(hào)和電池控制器IC的框圖。作為電池的直流電源，快速熔斷保險(xiǎn)絲的過(guò)電流保護(hù)是最好的。

快速熔斷保險(xiǎn)絲提供：

• 300%過(guò)載時(shí)0.2秒的快速跳閘時(shí)間

• 0.25至5 A的低電流保險(xiǎn)絲額定值

• 額定電壓高達(dá)32V時(shí)，電流中斷額定值高達(dá)35A

對(duì)于瞬態(tài)電壓保護(hù)，TVS二極管陣列，如4通道芯片（建議用于保護(hù)視頻接口端口），將保護(hù)控制器IC免受ESD和其他瞬態(tài)的影響。如前所述，該部件具有AEC-Q101認(rèn)證。

電源電路受到來(lái)自交流電源線的過(guò)電流和過(guò)電壓瞬變的影響。因此，保護(hù)交流電路需要一個(gè)用于過(guò)電流保護(hù)的保險(xiǎn)絲和一個(gè)用于過(guò)壓保護(hù)的MOV。一些應(yīng)用還可以考慮其他技術(shù)，如TVS二極管、SIDACtors或GDTs(關(guān)于這個(gè)主題的進(jìn)一步討論可以在IEC 62368-1參考文件 .)

圖5顯示了建議的保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。

圖5交流輸入推薦保護(hù)

對(duì)于AC-DC電源，考慮使用慢吹玻璃本體保險(xiǎn)絲。慢熔斷保險(xiǎn)絲將防止因交流線路上的感應(yīng)電流浪涌而斷開(kāi)。這種保險(xiǎn)絲的其他特點(diǎn)是：

• 電流額定值從最低10毫安到最大30安

• 額定電壓為250 VAC及以上

• 120伏交流電路的電流中斷額定值高達(dá)10千安

這些保險(xiǎn)絲是UL和CSA組件，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)的快速和簡(jiǎn)化認(rèn)證。

在AC-DC電源輸入端具有強(qiáng)大功率處理能力的MOV將安全地吸收可在交流線路上傳播的瞬態(tài)，并將有害瞬態(tài)排除在電源電路之外。尋找一個(gè)MOV，它能承受高達(dá)10 kA的峰值脈沖電流或400 J的脈沖能量。也可以考慮一個(gè)堅(jiān)固的MOV，它可以在很寬的溫度范圍內(nèi)工作，例如?55至125°C。與保險(xiǎn)絲一樣，確保MOV是UL或CSA組件識(shí)別的。

根據(jù)電路電壓和應(yīng)用，直流電源輸入有不同的保護(hù)方案。每種類型的電路都有不同的建議。

為了保護(hù)12 V或24 V直流電源，建議使用MOV或TVS二極管（類似于先前建議的交流輸入電源）。圖6A顯示了直流電源輸入端的MOV。該部件將保護(hù)電路免受高達(dá)10 kA的峰值浪涌影響，并可在高達(dá)125°C的溫度下工作。MOV為電源電路提供了良好的長(zhǎng)期可靠性。

圖6各種直流電源輸入的推薦保護(hù)配置

對(duì)于更高電壓的直流電源，如48伏直流電源，應(yīng)在輸入端使用變阻器或TVS二極管，以及接地線上的氣體放電管（見(jiàn)圖6B）。氣體放電管能承受高達(dá)20千安的電流浪涌，并在電涌發(fā)生時(shí)保護(hù)電路不浮到地面上的危險(xiǎn)水平。氣體放電管的絕緣電阻為10gΩ，正常工作時(shí)的放電電流小于10na。

包括功率因數(shù)校正電路的直流電源應(yīng)具有串聯(lián)保險(xiǎn)絲和并聯(lián)MOV，用于過(guò)電流和過(guò)壓保護(hù)。見(jiàn)圖6C。考慮使用慢熔斷保險(xiǎn)絲，以避免由于開(kāi)關(guān)電源的啟動(dòng)電流浪涌而導(dǎo)致保險(xiǎn)絲斷開(kāi)?？商峁╊~定值為10至30 A的緩燃陶瓷熔斷器，在500 V的直流電壓下，中斷額定值為20 kA DC。這些型號(hào)的保險(xiǎn)絲采用6.3 mm×32 mm封裝，占用最小空間。建議12/24 V和48 V直流電路使用相同類型的MOV。

保護(hù)便攜式設(shè)備中的直流電源還有一些額外的考慮因素。仍然需要過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)；然而，你也應(yīng)該考慮一個(gè)聚合物正溫度系數(shù)（PPTC），可復(fù)位保險(xiǎn)絲。見(jiàn)圖6D。PPTC保險(xiǎn)絲提供了在發(fā)生過(guò)電流情況時(shí)不必更換保險(xiǎn)絲的便利。它們的電阻很低，通常在幾十到幾百毫歐姆（m?), 快速旅行時(shí)間小于5秒。PPTC保險(xiǎn)絲采用0402表面安裝封裝，以盡量減少小型便攜式設(shè)備的空間。代替MOV，應(yīng)考慮使用TVS二極管對(duì)直流電路進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)。TVS齊納二極管提供電路保護(hù)，防止±30 kV的大通空氣或直接接觸ESD沖擊。此外，電視二極管可以安全地吸收高達(dá)80安培的雷擊。

你的直流電源的輸出也應(yīng)該有適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)。一個(gè)TVS二極管，如圖7所示，將通過(guò)將瞬態(tài)箝位到低電壓來(lái)保護(hù)敏感的下游電路。這些電視二極管有單向或雙向型號(hào)。

通過(guò)在設(shè)計(jì)中加入保護(hù)元件，您可以開(kāi)發(fā)出可靠和可靠的電路。您不需要很多組件，組件配置也很簡(jiǎn)單?？商峁┒喾N保護(hù)組件。為了簡(jiǎn)化組件選擇的任務(wù)和時(shí)間，利用制造商的專業(yè)知識(shí)。制造商的應(yīng)用工程師可以幫助您選擇組件，并指導(dǎo)您通過(guò)適用于您正在開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品的眾多標(biāo)準(zhǔn)。一些制造商提供測(cè)試功能，既可以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的過(guò)載保護(hù)性能，也可以根據(jù)適當(dāng)?shù)膰?guó)家和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行預(yù)合規(guī)性測(cè)試。對(duì)您的設(shè)計(jì)的附加保護(hù)將降低保修期內(nèi)的成本，并提高貴公司高質(zhì)量產(chǎn)品的聲譽(yù)。