在跨阻放大器（TIA）電路中，瞬態二極管（TVS）主要用于保護關鍵元件（如光電二極管、運放）免受瞬態過壓事件的損害。以下是其具體作用及原理：

1. 輸入端TVS的作用

• 靜電放電（ESD）保護：

• 光電二極管或TIA輸入端可能因人體接觸、設備插拔等引入ESD脈沖（電壓可達數千伏），導致運放輸入級或光電二極管擊穿。

• TVS作用：在ESD脈沖到達敏感元件前，TVS迅速導通，將電壓鉗位在安全范圍內（如±10V），避免元件損壞。

• 過壓浪涌抑制：

• 電源波動、雷擊或外部干擾可能引發輸入端過壓。

• TVS作用：通過鉗位電壓，限制輸入電壓不超過運放或光電二極管的絕對最大額定值（如±15V）。

2. 輸出端TVS的作用

• 輸出過壓保護：

• TIA輸出可能因反饋網絡故障、運放飽和或外部干擾導致電壓異常升高（如超過供電電壓）。

• TVS作用：鉗位輸出電壓，防止后續電路（如ADC、MCU）因過壓損壞。

• 防反接保護：

• 若TIA輸出端意外接反電源，TVS可限制反向電壓，保護運放輸出級。

3. TVS的關鍵特性與選擇依據

4. TVS在TIA中的典型應用場景

• 光電探測系統：

• 光電二極管輸出微弱電流（pA~μA級），輸入端TVS需高靈敏度且低漏電，避免干擾正常信號。

• 高速光通信：

• 輸出端TVS需兼顧高頻特性（低寄生電容），避免影響信號帶寬。

• 工業傳感器接口：

• 環境干擾可能導致輸入/輸出過壓，TVS需可靠鉗位并長期穩定工作。

5. TVS與普通穩壓二極管的對比

特性	TVS二極管	穩壓二極管
響應速度	皮秒級（快速鉗位）	微秒級（較慢）
功率承受能力	高（瞬態功率可達數千瓦）	低（通常用于連續穩壓）
應用場景	瞬態過壓保護（ESD、浪涌）	連續電壓穩壓（參考電壓源）
漏電流	較高（尤其在接近擊穿電壓時）	較低（穩態工作）

結論：TVS專為瞬態過壓設計，而穩壓二極管不適合用于ESD或浪涌保護。

6. 實際設計中的注意事項

• TVS布局：

• 輸入端TVS應盡可能靠近光電二極管或TIA輸入引腳，減少寄生電感（影響鉗位速度）。

• 輸出端TVS需避免與反饋網絡相互干擾（如增加濾波電容）。

• 熱設計：

• 高頻或大功率應用中，選擇封裝散熱性能好的TVS（如SMA、DO-218AB），或增加散熱焊盤。

• 替代方案：

• 對極低漏電要求的應用，可考慮使用ESD保護芯片（如ESD二極管陣列），但需權衡成本和性能。

總結

在TIA電路中，瞬態二極管（TVS）的主要作用是：

1. 輸入端：保護光電二極管和運放免受ESD和過壓浪涌損害。

2. 輸出端：鉗位輸出電壓，防止后續電路過壓損壞。

選擇TVS時需重點關注：擊穿電壓、鉗位電壓、脈沖功率和響應時間，并根據具體應用場景優化布局和散熱設計。

通過合理使用TVS，可顯著提升TIA系統的可靠性和抗干擾能力。