在
电子工程领域，浪涌保护至关重要。对于工程师而言，浪涌保护并非仅仅是选择合适的电源板或拔下几根
电缆，更关键的是在 PCB 布局中合理放置瞬态保护组件，并运用明确的接地策略。TVS
二极管作为保护 PCB 布局中组件的常用器件，在电路保护方面发挥着重要作用。
一、瞬态抑制二极管及其工作原理 瞬态电压抑制（TVS）二极管是一种专门用于保护设备免受静电放电（ESD）相关瞬态事件影响的组件。需要注意的是，不要将 TVS 管与齐纳二极管或
肖特基二极管混淆。它由一个 pn 半导体结构成，在正常情况下，TVS 二极管呈现高阻抗和极低的漏电流，近似于开路状态。当瞬态电压抑制器上的电压超过其阈值电压时，半导体中的雪崩效应会使 pn 结开始导电，从而为过大的电流提供一条低阻抗路径，将其从受保护的设备中导出。TVS 二极管的响应时间极快，通常以皮秒为单位，能够迅速转移强 ESD 脉冲，即使该脉冲的上升时间相对较快。
二、PCB 设计中选择合适的 TVS 二极管 虽然所有的 TVS 二极管本质上都是二极管，但并非所有的 TVS 二极管都完全相同。若选择了不合适的保护器件，可能会导致瞬态保护失效。在选择瞬态抑制二极管时，需要关注以下几个重要参数：
反向偏置击穿电压（VB）：这是 TVS 二极管开始导通时的反向偏置电压。一旦达到该电压，TVS 二极管便会将 ESD 脉冲从受保护的组件转移开。
钳位电压（VC）：钳位电压是 TVS 二极管在超过反向偏置击穿后显著导通的电压，该值在指定峰值电流的限制范围内定义。通常情况下，较低的 VC 值能为组件提供更好的保护，因此应选择 VC 小于受保护组件的输入电压限制。
额定关断电压（VWM）：它表示反向偏置电压限制，低于此限制时，TVS 二极管将保持绝缘状态。在额定关断电压内，TVS 二极管具有高阻抗，仅有少量泄漏电流。
峰值脉冲功率耗散（PPP）：TVS 二极管需要能够安全地耗散由瞬态电压引起的过大电流，这一能力由峰值脉冲功率耗散来衡量。
三、TVS 二极管的工作方式 所有 TVS 二极管的工作原理较为简单。当电路接收到 ESD 脉冲时，该脉冲很快会超过二极管的反向偏置击穿电压值。任何将导体暴露于外部环境（如通过连接器）的设备，都可能在这些导体上接收 ESD 脉冲。若这些导体是通向组件的信号线的一部分，接收到的 ESD 脉冲会将高电压 / 高电流脉冲传输到组件中，从而可能损坏组件。当 ESD 发生在信号线上且信号线上存在 TVS 二极管时，二极管会开始导通，使脉冲能够通过二极管。典型的连接方式是将阳极接地，这样 ESD 脉冲就会被引导至地。只要接地区域存在低阻抗路径，脉冲就会从受保护的组件转移开。
四、双向 TVS 二极管与单向 TVS 二极管的选择 TVS 二极管分为双向和单向两种类型，它们具有不同的符号。在购买 TVS 二极管时，通常所说的 TVS 二极管指的是单向型。若需要双向的 TVS 二极管，则需特别说明。选择双向 TVS 二极管的主要原因是为了在电路承载正极性和负极性信号时提供保护，因此在差分对或在正负极性之间振荡的模拟线路上，常常会看到双向 TVS 二极管的应用。大多数人更倾向于使用双向 TVS 二极管，因为它能提供更全面的故障保护和 ESD 保护。在接地故障导致接地路径具有高阻抗的情况下，双向 TVS 二极管仍有机会保护
元器件，而单向 TVS 二极管可能无法提供同样的保护效果。
五、TVS 二极管的 PCB 布局技巧 除了选择合适的 TVS 二极管外，保护的有效性还与 PCB 布局密切相关。以下是一些重要的布局准则：
TVS 二极管的放置：由于 ESD 可能发生在电子设备中暴露的导体附近，因此应将 TVS 二极管放置在这些导体暴露于外部环境的区域附近。此外，PCB 走线存在一定的寄生电感，可能会导致 TVS 二极管的钳位电压增加到其指定限值以上。因此，TVS 二极管的走线应相对于收发器的走线较短，以降低阻抗并确保消散浪涌中的过多能量，减少通向 TVS 二极管的路径中的寄生电感。
接地：如果条件允许，将 TVS 二极管连接到与受保护组件不同的接地网。这并不意味着要拆分地平面，而是将 TVS 二极管连接到机箱接地中的金属元件（如果可用），通常通过连接到机箱螺钉或安装孔的迹线进行连接。若此连接不可用，则可连接到内部平面。在存在强 ESD 风险的环境中，设备应封装在具有安全金属底盘接地和接地连接的底盘中。
消除屏蔽无源：某些组件（如屏蔽连接器）具有额外的金属屏蔽层，用于保护裸露的导体，防止噪声接收和 ESD。如果存在 ESD 危险，可以将屏蔽连接器与 TVS 二极管一起使用。TVS 二极管连接到信号线，连接器上的屏蔽层直接接地。在机箱和信号接地之间放置直接连接时，应确保所有导体上的接地电位均匀，并控制常规返回电流，使其不会通过机箱。在某些情况下，若控制返回电流遇到困难（如浮动接地），可在屏蔽层和接地层之间放置一个大电容，以分流快速 ESD 脉冲，并防止高频噪声从系统辐射出去。
