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接觸和空氣的ESD耐受電壓等級為±30kV，符合IEC61000-4-2標準要求
峰值脈沖的額定電流為40A (t_p= 8/20μs)，符合IEC 61000-4-5標準要求；±1kV（t_p= 1.2/50μs、分流電阻(R_S) = 42Ω），符合IEC 61000-4-5標準要求，適用于非對稱線路
EFT耐受電壓為±4 kV（100kHz和5kHz、5/50ns），符合IEC 61000-4-4標準

當采用這種配置時，TDS2211P可以保護下游器件免受雷擊、ESD和其他EOS事件的影響，該器件還可保持V_C低于負載開關中開關FET的損壞閾值（圖4）。

圖4：TDS2211P可用于保護負載開關 (HS2950P) 和下游器件免受雷電、ESD和其他EOS事件的影響。（圖片來源：Semtech）

I0-Link保護

除了在工業環境中發生的常見ESD和EOS危險外，將I0-Link收發器插入I0-Link主設備或從這些設備上拔出時，可能會遇到數千伏的電壓尖峰。通常用于保護I0-Link收發器的TVS二極管可以用TDS器件來補充，以提升保護性能。在典型的電路保護應用中，所用器件的額定值至少為輸入電源的115%，因此對于I0-Link之類的24V應用，選用像TDS3311PTDS這樣的33V保護器件是合適的。TDS3311P的主要規格如下：

接觸和空氣的ESD耐受電壓為±30kV，符合IEC61000-4-2標準的要求
峰值脈沖電流能力為35A (t_p= 8/20μs)，以及1kV (t_p= 1.2/50μs、R_S= 42Ω)，符合IEC61000-4-5標準的非對稱線路要求
符合IEC61000-4-4標準的猝發/EFT抗擾度要求

有兩種常見的I0-Link端口配置，即3引腳和4引腳。這兩種配置需要稍有不同的保護方案。在這兩種情況下，TDS器件可以在V_BUS(L+ (24V))線路上補充一個μClamp3671PTVS二極管，以提供反極性保護（圖5）。

圖5：使用TDS器件（綠色矩形）針對3引腳I0-Link端口（頂部）和4引腳I0-Link端口（底部）的ESD保護的比較。（圖片來源：Semtech）

在3引腳情況下，需要3個TDS器件。如需要，可以通過兩個面對面的TDS3311P來提供雙向保護。在4引腳情況下，I0-Link端口的所有四個針腳應均能承受正負浪涌。連接器的每對引腳間都需要進行測試，以確保I0-Link收發器的浪涌保護性能，并應按照IEC 61000-4-2 ESD、IEC 61000-4-4猝發/EFT和IEC 61000-4-5浪涌的要求水平進行測試。

PoE保護

PoE保護方案必須考慮EOS事件可能是共模（相對于地）或差分（線對線）的情況。PoE的供電電壓為48V，因此像TDS5801P這樣的58V TDS器件可用于在RJ-45連接器一側提供EOS保護。TDS5801P的規格如下：

ESD耐受電壓：±15kV（接觸）和±20kV（空氣），符合IEC61000-4-2標準的要求
峰值脈沖電流能力：20A (t_p= 8/20 μs) ，1kV (t_p= 1.2/50μs、R_S= 42 Ω) ，符合IEC61000-4-5標準的的要求
根據IEC61000-4-4的要求，EFT耐受電壓為±4kV（100kHz和5kHz、5/50ns）

PoE系統中的電源是通過變壓器的中心抽頭連接來提供的。PD (RJ-45)端必須同時保護模式A（通過數據對1和2、數據對3和6提供電源）和模式B（通過引腳4和引腳5以及引腳7和引腳8提供電源)，因此需要兩對TDS5801P來實現跨中心抽頭連接的雙向保護（圖6）。

圖6：背對背TDS器件（綠色，TDS5801P）在PoE系統中提供雙向保護，防止EOS事件。（圖片來源：Semtech）

變壓器提供了共模隔離，但不能提供差分浪涌保護。在差動EOS事件中，線路側的變壓器繞組被充電，能量轉移到二次側，直到浪涌結束或變壓器飽和。PD側的TDS器件可以用位于變壓器的以太網物理層(PHY)側的四個RClamp3361P ESD保護器件進行補充，防止差分EOS事件。

TDS器件

SurgeSwitch TDS器件為設計人員提供了多種工作電壓選擇，包括22 V (TDS2211P)、30V?(TDS3011P?)、33V (TDS3311P)、40V(TDS4001P)、45V(TDS4501P)和58V (TDS5801P)（表1）。這些器件滿足 IEC61000標準的要求，可用于那些在惡劣的5G電話和工業環境中運行的系統。

表1：SurgeSwitch器件的額定電壓為22V至58V，可滿足許多應用要求。（圖片來源：Semtech）

由于TDS器件是非耗散性器件，而是通過低阻抗路徑將浪涌能量直接轉移到地面，因此可以采用1.6 x 1.6 x 0.55mm的小型封裝中，相比其他浪涌保護器件通常采用的SMA和SMB封裝，可以顯著節省電路板空間。具有6個引腳的DFN封裝包括3個輸入引腳和3個用于將浪涌能量轉移到地的引腳（圖7）。

圖7：TDS器件采用1.6 x 1.6 x 0.55mm的DFN封裝，有6根引線（右）；1、2、3號引腳接地，而4、5、6號引腳用作EOS/ESD保護輸入。（圖片來源：Semtech）

電路板布局指南

當在電路板上安裝SurgeSwitch TDS器件時，其所有接地引腳（1、2和3）都必須連接到同一印制線上，所有的輸入引腳（4、5和6）也必須連接到同一印制線，以獲得最大的浪涌電流能力。如果接地線位于電路板的不同層，強烈建議使用多個通孔與地平面連接（圖8）。按照這些PC板布局指南，可以最大限度地減少寄生電感并優化器件性能。此外，SurgeSwitch TDS器件應盡可能地靠近受保護的連接器或器件。這會把瞬時能量與印制線的耦合降至最低，這在快速上升時間EOS事件中尤其重要。由于TDS器件不會耗散任何能量，因此不需要在器件下方設置導熱墊來傳導熱能。

圖8：當接地平面位于電路板的不同層時，為獲得最佳性能，建議采用多個通孔進行連接。（圖片來源：Semtech）

本文小結

對于設計在惡劣環境下工作的工業和5G電話設備的設計人員來說，可以采用TDS器件，以提供可靠、確定的ESD和EOS事件保護。TDS器件的V_C相對較低，通過減少元器件的電氣應力來提高系統可靠性。這些器件符合IEC61000標準的瞬態保護要求，并有22V至58V電壓范圍，可滿足特定應用的要求。TDS器件體積小巧，有助于減少整體解決方案的尺寸，但設計人員需要遵循一些簡單的PC板布局要求，以發揮TDS器件的最大性能。