TVS二极管摆放位置有多关键？同一颗TVS，芯片引脚电压从393V降到47V

看到一组动图，把 TVS 二极管摆放位置对防护效果的影响演示得非常直观，分享给大家。

静电放电很容易损坏敏感的半导体器件。TVS 常用于静电浪涌防护，有一个最基础的原则：尽量靠近端口放置。如果远离端口，很可能起不到应有的保护效果。

理论都明白，但实际感受不到靠近端口与远离端口的区别。下面这张动图可以很直观地说明问题。

方案一：TVS 远离端口

一个 8 kV 的静电冲击打进来，TVS 上的电流在不到一纳秒的时间内就会飙升到 30 A。

如果 TVS 放在距离端口 12 mm 的导线支线上，接地路径再长一点，大约 10 nH 的寄生电感感应出的电压会叠加到钳位电压上。最终到达芯片引脚处的电压，竟高达 393 V，非常恐怖。

方案二：TVS 靠近端口放置

同样的 TVS，同样的 8 kV 冲击，TVS 上的电流仍然在 30 A 左右。但把 TVS 紧贴连接器放置，接地过孔就在旁边，接地回路缩短到约 1 nH，芯片端看到的电压就只有大约 47 V 了。

对比一下：方案一 393V，方案二 47V。对保护芯片来说，差距是数量级的。

为什么会有这么大的差别？关键在于 PCB 走线和过孔引入的寄生电感。ESD 脉冲的上升沿极快（纳秒级），瞬态电流变化率 $\mathrm{d}i/\mathrm{d}t$ 非常大，哪怕只是 10 nH 的电感，感应出的电压 $L·\mathrm{d}i/\mathrm{d}t$ 也相当可观。防护器件离端口越远，这段寄生电感越大的走线就越会把钳位电压“抬高”，导致真正的浪涌能量还没被旁路掉，就已经把高压送进了后级芯片。

TVS 等防护器件布局的几个实用原则

综合实际工程经验，防护器件的 PCB 布局可以遵循这样几条思路：

• 初级防护器件尽可能靠近连接器端，后各级防护器件尽量按防护顺序放置
• 放电回路的路径面积尽可能小，路径不要绕来绕去
• 尽量把防护输入、输出和被保护电路分开，走线不交叉、不平行
• 尽量表层布线，减少过孔换层，保持线宽一致
• 防护器件到地的线路尽量短，到被保护电路的线路也尽量短
• 走线不要太细，表层 15mil·2OZ 可承受约 1KA（8/20us）冲击，内层应适量加宽

实例：创龙 RV1126B 开发板上的防护设计

手头刚好有一块创龙科技 RV1126B 的开发板，来看看它用了什么保护器件、器件放在什么位置。

从板子上的布局可以看出，USB 端口旁边紧挨着放置了一颗 PESDALC10N5VU，这是一颗低电容 TVS 阵列（Low Capacitance TVS Array）。

从数据手册来看，这颗器件的所有引脚均能承受 IEC 61000-4-2 标准下 15 kV 的空气放电 ESD 脉冲，满足等级 4 的要求。

参数表里的关键指标是钳位电压：当 1 A、8/20μs 的脉冲电流通过时，钳位电压典型值为 11 V；当 5 A 时则为 15 V。它的原理也很直观——输入端的瞬间干扰一旦高于 11 V，干扰信号就优先通过靠近接口布局的防护器件就近泄放到 GND，避免进一步流入主控芯片。

其它端口也都有对应的防护器件，最终目的都是保护 RV1126B 这颗低功耗 AI 芯片。4 核 A53、3TOPS NPU，还带 AI-ISP，性能相当可观，而创龙把核心板做到了 35×35 mm 的极致尺寸。单颗芯片就能实现 4 路 1080P AHD 视频采集、鱼眼矫正、拼接融合以及 YOLO 目标检测，在低功耗监控领域确实很有代表性。