及母卒,仲子乃使政(聂政)刺侠累。侠累方坐府上,兵卫甚众,聂政直入上阶,刺杀侠累,因自皮面抉眼,自屠出肠。韩人暴其尸于市,购问,莫能识。其姊嫈闻而往哭之,曰:“是轵深井里聂政也。以妾尚在之故,重自刑以绝从。妾奈何畏殁身之诛,终灭贤弟之名!”遂死于政尸之旁。 - 《资治通鉴》前397
严仲子与韩国国相侠累有仇,他找到聂政,与之结交,用黄金给聂政母亲祝寿。聂政因为母亲在,婉拒刺杀任务。等到母亲去世后,无牵无挂的聂政感念于严仲子对自己的看重,前往韩国,孤身犯险,冲入重围,在光天化日之下杀死侠累。完成刺杀任务后,竟自毁面容、挖眼剖肠,避免连累在世的亲人(姐姐)。但姐姐也是大义,不顾生死,认出弟弟,最终也死在弟弟身旁。
中国古人把名节、情义、荣誉,看得比自己生命都重要,舍生忘死,践行士为知己者死的理念。
而今,在电子产品防护设计中,TVS就像聂政一样英勇无畏,可为知己而死。但其布局和走线细节对于防护效果至关重要,不合理的布局走线将大大削弱保护效果,甚至使保护功能完全失效。相当于你不了解志士,埋没了聂政的英勇。
在TVS布局走线设计上,至少有如下几个重点需要关注下,下面简要介绍下。
TVS放置位置
某手机项目在做Type-C口浪涌测试时,在注入30V浪涌后,D+/D-上的芯片给干坏了,给揍了个鼻青脸肿。经过一番定位,是TVS(带Snap back)放在了主板上所致,没出面保护芯片,如下图所示。

由于防护器件距离Type-C端口较远,中间有FPC走线。FPC走线存在阻抗,便限制了TVS上的电流,使之无法基于正反馈构成骤回效应,便无法触发TVS Snap back的低Vc钳位,致使有较大的残压,相当于没有起到保护作用。

这是一个典型的负面例子,TVS一定要靠近端口放置,否则它就不钳位。基本上每个公司都有相关checklist,这种checklist不是空穴来风,在设计中一定要坚守!这样才能确保瞬态能量第一时间被TVS引导到地,形成最短的泄放路径。
避免走线前置
一定要保证TVS是浪涌高压进入手机后第一个看到的器件!使浪涌能量率先经过TVS泄流、钳位。
如下图,某些项目因为布局走线方面的限制,浪涌电压进入电路后,没有经过TVS就产生了分支。而这个分支导致模块2的走线前置,TVS后置,模块2容易因浪涌损坏,防护效果大打折扣;而模块1可以被TVS正常保护。

最低阻抗原则
浪涌电流都是几十上百安的,因此走线的阻抗极为关键,要保证路径短、走线粗、下地充分。
相比V+走线,地回路较为隐蔽,但TVS地回路非常关键,TVS的泄放能力不仅取决于其自身,也取决于它到地平面的回流路径,这条路径必须极短且低阻抗。
如下图,浪涌能量经过TVS产生一个钳位电压V1,然后再流经寄生参数产生压降V2,后端电路看到的残压便是V1 + V2。寄生参数实实在在地增加了V2的残压,容易对一些耐压值较差、容差范围大的器件产生影响。

因此走线上,常常需要注意:
- V+端保持宽而短的走线,最好走在表层,避免使用不必要的过孔,因为过孔本身会引入寄生电感。
- 下主地,下地的过孔能打多少就打多少,多个过孔并联可以减小寄生电阻和寄生电感。
散热考虑(针对大功率TVS)
对于用于电源线上面的、功率较大的TVS,需要考虑散热。可以在TVS下方的PCB层,铺设一个大铜皮,并通过多个过孔将TVS的焊盘与这个铜皮连接起来,有助于增加散热面积,将TVS工作时产生的热量快速传导出去。
总结
路径最短、走线最粗、位置最近端口、TVS前置,遵循这些规则,TVS才能像聂政一样,在实际电路中发挥出数据手册上标称的保护性能。
对TVS理解不够深,或者重视程度不够,觉得过了浪涌测试就万事大吉,是不行的,否则售后表现会像个照妖镜照着你,售后数据不会骗人。