?接口電路上TVS二極管陣列的選型與布局布線規(guī)則
在AI服務(wù)器和邊緣計(jì)算設(shè)備的接口電路設(shè)計(jì)中，瞬態(tài)電壓抑制（TVS）二極管陣列是保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的第一道防線。面對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)、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(hù)效果，更決定了AI硬件在嚴(yán)苛環(huán)境下的可靠性。平尚科技基于工業(yè)級(jí)技術(shù)積累，通過(guò)國(guó)產(chǎn)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(qū)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(dá)數(shù)十皮法），更適合電源總線的保護(hù)；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(shù)據(jù)線（如USB 3.0、HDMI）設(shè)計(jì)。在AI服務(wù)器的電源管理單元中，平尚科技優(yōu)先為12V電源路徑選用雪崩TVS，將鉗位電壓控制在53.3V以內(nèi)；而為25Gbps的光模塊接口配備二極管陣列，確保信號(hào)完整性不受損。
單向與雙向TVS的選擇取決于電路架構(gòu)。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(fù)向浪涌鉗位至-0.7V以下；雙向TVS則用于差分信號(hào)接口（如CAN總線），通過(guò)對(duì)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(cè)試顯示，在-40℃至85℃工業(yè)級(jí)溫度范圍內(nèi)，國(guó)產(chǎn)雙向TVS的擊穿電壓偏差穩(wěn)定在±5%以內(nèi)，媲美進(jìn)口器件。國(guó)產(chǎn)化替代需聚焦關(guān)鍵參數(shù)對(duì)標(biāo)。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(dá)200W。相較于安世PTVS系列，其鉗位電壓偏差控制在±5%以內(nèi)，且通過(guò)IEC61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)±8kV接觸放電測(cè)試。在AI訓(xùn)練設(shè)備的24V電源導(dǎo)軌保護(hù)中，這種特性使得系統(tǒng)在遭遇4kV浪涌時(shí)仍能維持輸出電壓紋波小于50mV。
低電容與動(dòng)態(tài)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(dòng)態(tài)電阻低至0.4Ω，將信號(hào)抖動(dòng)抑制在0.1UI以內(nèi)。對(duì)比測(cè)試表明，傳統(tǒng)TVS因電容過(guò)高會(huì)導(dǎo)致10Gbps信號(hào)上升沿延遲15%，而優(yōu)化方案僅影響2%。以下表格總結(jié)了不同應(yīng)用場(chǎng)景的TVS選型要點(diǎn)：布局布線規(guī)則：從理論到實(shí)踐驗(yàn)證位置布置是優(yōu)化的首要原則。TVS器件應(yīng)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(nèi)部走線前被有效鉗位。平尚科技在AI服務(wù)器的千兆以太網(wǎng)接口設(shè)計(jì)中，將TVS與連接器距離控制在3mm以內(nèi)，使ESD脈沖在0.5ns內(nèi)被分流，比遠(yuǎn)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(hù)電路需將浪涌電壓分流至機(jī)殼或電源地，而非信號(hào)地，以避免接地反彈。通過(guò)使用短而寬的接地導(dǎo)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(diào)量減少20%。在多層板設(shè)計(jì)中，優(yōu)先采用獨(dú)立接地層，使TVS的接地回路與敏感電路隔離。走線設(shè)計(jì)需最小化寄生參數(shù)。TVS與被保護(hù)線路的回路面積應(yīng)盡可能減小，例如通過(guò)縮短接口與TVS的間距至5mm內(nèi)，將輻射噪聲降低6dB。對(duì)于高速PCIe接口，平尚科技采用差分對(duì)對(duì)稱布線，將環(huán)路區(qū)域控制在2mm2以下，使電磁干擾（EMI）測(cè)試通過(guò)Class B標(biāo)準(zhǔn)。
協(xié)同防護(hù)強(qiáng)化系統(tǒng)級(jí)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(jí)電路，其中TVS作為精細(xì)鉗位，GDT承擔(dān)大能量泄放。該方案通過(guò)4kV組合波浪涌測(cè)試，殘壓控制在480V以內(nèi)。同時(shí)，遵循“先防護(hù)后濾波”原則，避免濾波電路被過(guò)壓擊穿。國(guó)產(chǎn)化替代的價(jià)值：供應(yīng)鏈與成本效益平尚科技的工業(yè)級(jí)TVS方案通過(guò)參數(shù)對(duì)標(biāo)與產(chǎn)能保障，實(shí)現(xiàn)交期縮短50%、成本降低15-20%。例如，替代安世PTVS20VS1UR的S-P4SMFJ20CA，在10萬(wàn)次脈沖沖擊測(cè)試中不良率控制在PPM級(jí)，助力AI硬件在供應(yīng)鏈波動(dòng)中維持穩(wěn)定生產(chǎn)。通過(guò)精準(zhǔn)的選型與科學(xué)的布局布線，平尚科技以工業(yè)級(jí)TVS二極管陣列守護(hù)AI電源接口的安全。這種基于國(guó)產(chǎn)化替代的技術(shù)路徑，不僅提升了系統(tǒng)的可靠性，更為智能計(jì)算設(shè)備的自主可控發(fā)展注入了動(dòng)力。
