渔阳鼙鼓动地来,惊破霓裳羽衣曲。九重城阙烟尘生,千乘万骑西南行。 - 唐·白居易《长恨歌》
唐玄宗时,因天下承平日久,民不知战。 及安史之乱,仓卒变化间,长安沦陷、玄宗出逃、贵妃身死。
而这一切并非没有先兆,玄宗先成后败,掌权后期长时间身居宫中,以声色自娱。在边关兴战事,广封节度使,任用番将,宠幸安禄山,任其坐大。朝堂上纵容杨国忠,使忠良隐匿,志士怀才不遇(甚至到河北藩镇才能受到重用)。
天宝后期,节度使权力不断加大,集军、民、财三政于一身,近似到大权独揽、生杀独断的地步。边关地区十个节度使拥兵四十九万,而中央禁军不过十二万。节度使制度深刻影响了中国历史进程,可谓是五代十国、乱世分裂的前奏。
手机中模块众多,但它们大都通过电源连接在VSYS网络(也叫VPH_PWR)上,个个独挡一面,角色像节度使般。VSYS网络好比中央,某些模块出现异常时,不排除有损坏中央的可能,故在进行防护设计时,需要重点在VSYS/VBAT上做防护工作。
当前的防护方案是在VBAT和VPH_PWR这两个网络上放置TVS管,利用TVS管的快速钳位特性,将瞬时高压钳位到一个安全水平,从而保护昂贵、娇弱的芯片。
下面简要讲述下VSYS TVS和VBAT TVS的防护机理。
VSYS TVS

如上图,VSYS是由充电PMIC(Buck充电IC)产生的,它为射频功放、音频PA、马达驱动、其他PMIC等大功率部件供电。但是在特定场景下,VSYS可能受影响而产生高压,从而威胁挂在该网络上的所有器件,总结下来有如下几个场景:
- 负载瞬变:当负载瞬态变化时,根据电感电流不能突变的原理,供电线路上的寄生电感会产生一个电压尖峰(V = L * di/dt),这个尖峰会沿着VSYS线路传导。短路关断是一种极致的负载跳变,因为短路时电流很大,随后触发短路保护,瞬间关断,容易产生极高的尖峰电压。
- Type-C口的浪涌传导:VBUS端和VSYS端之间有两个模块,即电荷泵充电模块和BUCK充电模块。尤其是电荷泵,为开环架构,VIN端一有动静,VOUT端可能跟风传导过来。
- 强电磁辐射:现在流行用EMP(电磁脉冲)打无人机,同理,你打在手机上试试,VSYS为公共节点,这些能量可能耦合到VSYS网络上。
当前通常在VSYS网络放置TVS做防护,在正常情况下,TVS呈现高阻抗,对电路几乎没有影响。一旦VSYS上的电压因上述原因产生电压尖峰,TVS会瞬间(纳秒级)变为低阻抗,将能量泄放到地,防止系统复位或硬件损坏。
因为VSYS网络负载瞬态变化快,产生的电压变化速率(dv/dt)也快,所以要求此处的TVS响应速度要快;此外,VSYS的电压本身在3.2~4.5V左右,TVS工作电压VRWM必须高于VSYS的最高工作电压(包括浮充电压);此外,还要求TVS有足够低的钳位电压,才能保证在过压发生时,钳位后的电压仍在芯片的可承受范围内。
VBAT TVS
VBAT端的TVS主要防护在装配、维修或用户扣合电池等场景下,人体或工具的静电可能通过电池BTB进入手机主板。
除此之外,手机受到剧烈撞击或振动时,电池连接器(BTB)可能发生瞬间的接触不良或弹跳,导致回路被强行切断,从而导致线路的寄生电感产生一个很高的电压尖峰。
而TVS能够吸收并消耗掉这些瞬态的能量,防止其冲击到后级的器件。
此处的TVS选型要点为:钳位电压Vc必须低于后端芯片的最大可承受电压(绝对耐压)值;功率可根据可能遇到的浪涌等级(如IEC 61000-4-5)来选择,确保能承受预期的浪涌冲击而不损坏。
早期的MTK项目上,MTK曾推荐用5.6V齐纳二极管作为VBAT钳位器件,以保护后级芯片。

但现在,基本上没有项目用齐纳管了,因为TVS的响应速度更快,而且是专门为吸收瞬时大功率能量而设计的,能承受千瓦级的脉冲功率。
总结
失衡会导致乱世,TVS管相当于御林军,对节度使保持压制,保证手机的稳定与可靠。
好好的一台机器为什么会变砖?黑色、冰冷没有反应。
你见过降本增效打TVS管主意的公司吗?可有好果子吃?毕竟售后数据、用户口碑不会骗人。