2021 年 1 月 14 日
在设计电子系统时，必须考虑经常被忽视和低估的保护问题。设计人员有时会努力满足某些标准，如 IEC 61000-4-2 的抗静电 (ESD) 要求。安装在恶劣工作环境中的设备，如远程仪表、机器人和电信系统，将需要更高水平的雷电防护。这些是显而易见的要求。其他保护问题包括短路、电压尖峰、污电力、电缆放电事件等。面对所有这些瞬态威胁，设计人员可能会不知所措，心怀疑问：为确保可靠的系统，多少保护措施才算足够？
智能家居类比
为回答这个问题，我们来以家庭安全系统做类比。家庭安全系统的组件用来保护家里面的人和物。如出现任何故障，整个住宅可能会遭受损失。家庭安全系统的基本原则是保护好入口点（如门窗）以及存放贵重物品的关键内部空间。集成设备组成的网络构成整个安全系统，这些设备必须协同工作以防止入侵者。完整的系统将包括门锁、窗户和门传感器、运动传感器、警报器、摄像头和控制面板。“经济型”系统至少应对房屋通道和易攀爬的窗户安装传感器。与任何东西一样，系统的强度取决于其最薄弱的环节。只对部分门窗加强保护是没有太大意义的。
如果入侵者闯了进来，该怎么办？可使用运动传感器和警报器保护内部。当然，既可以专业安装和监测系统，也可以设计没有自动监测功能的 DIY 系统。无论哪种方式，系统都必须协同工作。“组合”在一起的系统可能可以单独工作，但作为整体却无法正常运行。还应注意选择优质的组件，因为不可靠的组件还不如不安装。研究表明，与配备专业监测系统的房屋相比，没有安全系统的房屋被盗的可能性高三倍。这是理所当然的，因为入侵者总是想找最简单的目标下手。
如果将家庭安全概念应用于保护电子系统或设备，则可以将电路板/设备视为“住宅”。每个连接器都像是进入设备内部的门，显示器、按钮、开关等器件则是系统的门或窗。在家庭安全中，不速之客能通过这些入口闯进家中；在系统中，入侵者则是电气过载 (EOS) 事件。这些瞬态事件比普通的小区盗窃要频繁得多。只保护一部分连接器和线路，就像只给一部分门窗安装安全传感器。连接到系统内部的任何线路都应包括用于 ESD 和 EOS 或浪涌保护的瞬态电压抑制器 (TVS)。
在家庭安全或电路保护中不走捷径
对于家庭安全系统，有人可能认为不需要为二楼的窗户安装传感器。房主“期望”一切相安无事，从而省下一点钱。其实走捷径反而会让整个家庭变得不安全。同样的原则也适用于保护按钮和显示器。设计者可能认为在这些界面发生 EOS 事件的几率很低。但这些接口相关的细微漏洞让 EOS 事件有机可乘。铭记住一点：保护好进入住宅的每个通道。保护好所有“门窗”，这样足够了吗？再次回到家庭系统，在住宅内部应使用运动检测器、摄像头和警报器，以防止内部威胁。对于电子设备，负载开关、电熔丝等器件可保护输入电源线免受各种事件的影响，如总线或数据线短路、雷电浪涌和感应开关。和家里一样，选择保护器件时也要谨慎。特性差（如高钳位电压或长响应时间）的器件无法按预期保护电路，并让人产生一切都很安全的错觉。
完整的可靠保护
如前所述，选择可靠的家庭安全设备非常重要，并且优质的设备设计会应用这些系统保护概念。例如，监控和无线摄像头将 TVS 用于对以太网、RS-485、存储卡、音频和视频接口的 ESD 和 EOS 保护。能抵御电磁干扰 (EMI) 和射频干扰 (RFI) 的器件可进一步增强存储卡和音频端口。USB 接口使用 TVS 保护高速数据线，并使用电熔丝防止电源线上的过流和过压。直流电源输入还需要过电流保护和 EOS 保护。这只是系统保护的一个示例。其他家庭安全设备，如控制面板、电子锁、警报器、智能钥匙扣、接近传感器和视频门铃，都可以利用类似的保护解决方案来提高系统可靠性。
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图 1 – 监控摄像头保护组件 © 2021 Semtech Corporation
像保护自己的家一样保护电子设备
要想知道多少保护是足够的，就需要考虑很多因素。大多数电子设备都需要符合特定抗扰性标准，这往往就能确定需要什么水平或类型的保护。通常应保护 EOS 事件进入 PCB 的任何潜在路径。但有时这些路径并不明显。为节省成本，某条线路或某个连接器可能会不受保护。但以家庭安全做类比，您愿意在哪里做出妥协。您希望哪些入口点不受保护？然后您就能回答出“需要多少保护”的问题了。Semtech 为各种应用提供系统保护解决方案。我们提供应用工程师团队和在线资源，可帮助您选择一种能在自己的系统中无缝运行的保护方案。
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