本帖最后由 Reli-eng-z 于 2025-5-29 16:32 编辑
#申请原创# #技术资源# @21小跑堂 从TVS管的“隐形”能力，在G32R501的EMC静电结果 之前做芯片板级的ESD，接触放电和空气放电，只关注测试结果，不管高与低。后面想想完全可以改变一下思维，自己在薄弱管脚增加一些TVS管，看对芯片整体静电能力是否有提升。那就开始行动了。咱们最先上手研究该课题，选择的产品是极海双核DSP--G32R501产品，在此产品的emc板子上打esd静电。
要用TVS管，那么第一步就难住我了，那就是TVS管如何选型的问题，TVS管那么多，我该如何选择呢？首先看下TVS管有哪些类型：
1、按极性分类 单向TVS管（Unidirectional TVS）、双向TVS管（Bidirectional TVS） 2、按功率/能量等级分类 低功率TVS 用于低能量瞬态抑制（如ESD保护），典型型号：PESD系列、LC03。 中功率TVS 如SMAJ（400W）、SMBJ（600W），适用于一般浪涌防护。 高功率TVS 如SMCJ（1500W）、5KP系列（5000W），用于电源端口或雷击浪涌防护。 3、按响应时间分类 超快响应TVS 响应时间可低至0.1ps~1ns，用于高频电路或ESD敏感场景（如USB 3.0、HDMI）。 标准响应TVS 响应时间约1ns~5ns，满足大多数应用需求。 4、按应用场景分类 通用型TVS 如1.5KE系列，广泛用于电源、信号线保护。 专用型TVS 汽车级TVS：符合AEC-Q101标准（如SM8S系列）。 高速信号TVS：低电容（<1pF），用于USB、以太网等（如SR05）。 高压TVS：击穿电压可达数百伏（如3KP系列）。 5、选型要点 电压参数：反向截止电压（VRWM）需略高于电路正常工作电压。 钳位电压（VC）：抑制瞬态电压后的峰值，需低于被保护器件耐压值。 功率（PPPM）：根据浪涌能量选择合适等级。 电容：高频信号需选择低电容TVS（如0.5pF以下）。
第二步是已知管脚的耐压值，根据管脚耐压值如何选择TVS管呢？根据deepseek搜索结果： “反向截止电压Vrwm ≥工作电压；钳位电压Vc ≤耐受电压；击穿电压Vbr ≥反向截止电压，1.1~1.2倍”。那好，拿到原理性的参数，咱们就行动起来开始选型了，针对GPIO耐压5V的值，芯片管脚可以选取BSD3C051V-ES这款TVS管。
选取好了，咱是第一次使用，那就找两块板，一块板什么TVS管都不加，另一块板等第一块打完，在针对薄弱管脚增加TVS管试试。
在G32R501的EMC板子上，针对所有管脚打静电枪ESD，基本都保持在4KV左右，就是有一个管脚只有2KV，那行，就在另一块板子焊接上BSD3C051V-ES TVS管，我选取的都是双向的，因此焊接的时候不用注意管子方向。焊完之后，去打ESD，看着效果不太明显，还是2KV，这个不是这个管子的“威力”，于是乎，再次搜索deepseek： “TVS管后的「10Ω电阻 + 1nF电容」通过 阻尼振荡 和 高频滤波，弥补了TVS管在高频段的不足，是应对残余ESD能量的经济有效方案。但需注意：1）RC参数需根据信号频率调整（高速信号需更小电容）。2）对于极高能量ESD（如工业环境），需结合GDT（气体放电管）等多级防护。”
我然后在TVS管后增加10Ω电阻 + 1nF电容，最终竟然到了4KV，最终在G32R501的EMC板子上，针对所有管脚打静电枪ESD，整体性能达到了4KV。让我很激动，小小TVS管表面上看波澜不惊，实际有大作用，但是为什么有时候不一定能达到效果呢？反而还需要配备小电阻小电容滤波组合？
事后问了deepseek大神：
“(1) 电阻（10Ω）的功能 阻尼振荡：电阻可消耗TVS管钳位后产生的高频振铃能量，抑制电压过冲。 限流：与电容配合形成低通滤波，减缓ESD脉冲的上升沿（di/dt），降低对后级电路的瞬时冲击。 (2) 电容（1nF）的功能 高频滤波：电容对ESD的高频分量（百MHz-GHz）呈低阻抗，将残余噪声短路到地。 延缓电压变化：电容的充电特性可“平滑”ESD脉冲的陡峭边沿，降低瞬时电压峰值。 ”
TIPS：G32R501基于40nm eFlash先进工艺制程，支持双内核高效协同，集成高性能感知、丰富控制外设和灵活外设互联系统，是面向新能源光伏、工业自动化、商业电源、新能源汽车等中高端应用场景研发的高性能实时控制MCU产品，旨在从芯片端解决实时控制系统对更高效率、更高功率密度、更高精度和更高可靠性的设计挑战，其应用范围覆盖光伏/储能逆变器、充电桩电源模块、服务器电源、车载OBC、UPS、伺服控制器、机器人等。
这一发布在业界引发巨大反响，电子创新网第一时间采访了极海半导体实时控制产品线高级产品经理Louis LU，详细了解极海半导体为何可以率先推出基于Cortex-M52双核的实时控制MCU，以及这款产品的详细信息。
总结：经历此次测试，确实受益匪浅，不仅学会了怎么选型TVS管，还能用于实践测试，还解决了实际问题，而且在实际使用过程中，发现光有TVS管不行，得加10Ω电阻 + 1nF电容能稳妥解决问题，于是我就把经验记录下来，以助于后续翻看，同学们你们学会了吗？
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