AMAZINGIC晶焱科技：詳解RF端口如何選擇TVS啟動電壓

現(xiàn)在是萬物互聯(lián)的時代，為了讓聯(lián)結(jié)更輕巧方便，各種通信設(shè)備之間的連接方式，從之前的有線通信升級為蜂窩、藍(lán)牙、WIFI、GNSS等無線傳輸方式，這些信號都必須通過天線實(shí)現(xiàn)終端與其他設(shè)備的溝通。

為了保證無線信號的強(qiáng)度和穩(wěn)定，一般在機(jī)殼上有凸起或者縫隙來實(shí)現(xiàn)天線功能，但此時外部靜電可能因此進(jìn)入天線及內(nèi)部的射頻電路。所以對于RF端口的天線調(diào)諧開關(guān)，射頻電路前端，以及PA之前會評估加上TVS，保護(hù)比較脆弱的內(nèi)部器件。對于RF端口TVS的選取，要考慮工作電壓，啟動電壓，鉗位電壓，結(jié)電容，浪涌耐受度，以及諧波等參數(shù)，這些參數(shù)都需要綜合考慮，在本文中，我們重點(diǎn)討論工作電壓和啟動電壓。

TVS的工作電壓表示為Reverse working voltage，簡寫為Vrwm,這個參數(shù)表示此TVS管適合用于防護(hù)的電壓系統(tǒng)。啟動電壓表示為Breakdown voltage，簡寫為VBV或Vbr，表示流過TVS管的電流為1mA時，TVS兩端的電壓。一般我們更關(guān)注Vbr的最小值，表示小于此電壓，TVS管一定不會導(dǎo)通。

關(guān)于工作電壓Vrwm，工程師在選型時，有時會額外留出余量，避免系統(tǒng)正常的電壓波動觸發(fā)TVS，例如在3.3V的系統(tǒng)上使用Vrwm為5V的TVS，這樣造成的影響是會選擇到啟動電壓與鉗位電壓更高的TVS，因而導(dǎo)致降級的保護(hù)性能。

一般情況下，TVS的啟動電壓Vbr最小值是工作電壓的1.1~1.2倍，我們已經(jīng)考慮到系統(tǒng)電壓的波動，所以在TVS規(guī)格中，已經(jīng)留出了10%~20%的余量，故推薦選擇Vrwm與系統(tǒng)電壓相同的TVS，可以獲得最優(yōu)的保護(hù)性能。

隨著技術(shù)的發(fā)展，新制程的深回掃型TVS應(yīng)用也越來越普遍，比如AZ5B9S-01F，其Vbr 最小值為4V，但其Vrwm為1.5V。原因是此TVS啟動后，電壓會回掃到接近Vhold≈1.5V，所以AZ5B9S-01F推薦使用在1.5V及以下的接口，如果只按照Vbr來選型，可能會面臨latch-up的風(fēng)險，Amazing的TVS在標(biāo)注Vrwm時，都會保證Vhold＞Vrwm，協(xié)助客戶實(shí)現(xiàn)latch-up free的設(shè)計。

了解了以上關(guān)于TVS的工作電壓和啟動電壓的相關(guān)知識，結(jié)合RF端口的具體應(yīng)用，就可以確定如何選擇正確的TVS電壓。我們通常使用的射頻電路阻抗匹配為50Ω，VSWR（駐波比）預(yù)設(shè)為1:1，我們可以計算出不同單音信號功率對應(yīng)的峰值電壓。

表1、 50Ω系統(tǒng)不同功率對應(yīng)峰值電壓

從以上數(shù)據(jù)得知，在理想無反射的條件下，20dBm的峰值電壓為3.16V，使用Vrwm為5V的TVS就可以滿足需求，此功率范圍對應(yīng)的無線通信方式為GNSS和藍(lán)牙，推薦使用AZ5B75-01B。蜂窩移動通信系統(tǒng)會有更高的發(fā)射功率，一般參考2G蜂窩網(wǎng)絡(luò)GSM900的典型功率為33dBm；4G LTE支持HPUE能達(dá)到35dBm，其電壓峰值為17.78V。對于NR 5G信號，則需要考慮PC2 26dBm均值功率以及信號峰均比來計算峰值電壓。Amazing針對最高35dBm及36dBm的發(fā)射功率，分別推薦

AZ4617-01F和AZ9924-01F等高壓，超低電容TVS。

由于天線為阻抗變換器件，各個位置阻抗不同，電壓也不同，需要精確仿真才能得到各個位置電壓。在實(shí)際的電路應(yīng)用中，也可以使用射頻信號源和頻譜儀測試的方法來驗(yàn)證TVS的啟動電壓選取是否合適。實(shí)驗(yàn)設(shè)置如圖1，通過射頻信號源輸出信號經(jīng)過TVS管，檢查頻譜儀接收到的信號是否出現(xiàn)功率急劇衰減來判斷。由于信號源輸出功率的限制和保護(hù)頻譜儀，我們也可以在線路上加入衰減器(本文實(shí)驗(yàn)中衰減器為-60dBm).

圖1、使用頻譜儀測試TVS Set up

以708MHz頻點(diǎn)的測試結(jié)果為例，圖二的左圖，信號源輸出26dBm，頻譜儀接受到的功率為25.5dBm表示射頻信號沒有造成TVS啟動，選型正確。圖二的右圖，信號源輸出32dBm，經(jīng)過TVS之后，只有16.6dBm被頻譜儀接收，證明此TVS被觸發(fā)，不能使用在此32dBm的天線端口。

圖2、708MHz時的頻譜儀接受結(jié)果

本文針對天線端口的TVS的工作電壓和啟動電壓做了相關(guān)的描述，由于RF系統(tǒng)的復(fù)雜性高，實(shí)際應(yīng)用可能需要考慮更多因素。Amazing也不斷地在開發(fā)新產(chǎn)品，以滿足客戶在天線系統(tǒng)中的各種需求。

提供原廠方案技術(shù)，歡迎聯(lián)絡(luò)075582542001，82574660謝謝惠顧~

審核編輯 黃宇