PCB四层板防护元件选型与布局指南：TVS与MOV实战技巧

一、核心防护器件选型要点

TVS二极管选型三要素
TVS二极管是应对ESD和浪涌的第一道防线，选型需关注：
• 钳位电压：必须低于被保护器件耐压值（如USB接口选5V电路时，TVS钳位电压需≤8.4V）

• 响应时间：优选皮秒级器件，确保在纳秒级瞬态脉冲下快速导通

• 结电容：高速信号线（如HDMI）需选结电容＜3pF的低电容TVS，避免信号衰减

压敏电阻参数计算规则
压敏电阻（MOV）适用于电源端防护，选型公式：
• 标称电压：V1mA=1.5×Vp（Vp为电路峰值电压）

• 通流容量：根据雷击测试等级选择，工业设备建议≥20kA（10/700μs波形）

• 失效模式：并联使用时需匹配伏安特性，避免电流分配不均导致烧毁

二、四层板布局实战技巧

防护器件位置优化
• 靠近接口：TVS/MOV必须布置在连接器5mm范围内，缩短保护路径（如RJ45网口TVS距离端口≤3mm）

• 接地处理：防护器件地线宽度≥2mm，过孔数量≤2个，采用菊花链式接地降低阻抗

高低压区域隔离设计
• 开槽隔离：在AC-DC电源模块与数字电路间开1mm隔离槽，填充绝缘胶防止爬电

• 层叠规划：推荐信号层-地平面-电源层-信号层结构，地平面完整度＞90%

三、典型电路设计案例

USB3.0接口防护方案
• TVS阵列：选用SLVU2.8-4双向TVS，结电容0.5pF，满足5Gbps信号完整性

• 共模电感：在TVS后级增加1210封装磁珠，抑制高频噪声

交流电源输入防护
• 三级防护：MOV（14D561K）+气体放电管+TVS，通流能力提升300%

• 热设计：MOV与保险丝间距＞5mm，避免过热引发连锁故障

四、工程验证关键指标

测试项目清单
• 浪涌测试：8/20μs波形冲击，记录MOV残压值波动＜10%

• 信号眼图：接入TVS后USB3.0信号抖动＜0.15UI

失效分析手段
• 红外热成像：定位MOV异常发热点，优化散热过孔布局

• X射线检测：检查TVS焊点气孔率，要求＜15%

捷配PCB提示：四层板设计中防护元件与高速信号协同优化是难点，建议采用阻抗控制+电磁仿真工具提前验证。想获取更多PCB设计实战案例，可访问捷配PCB技术社区。