在跨阻放大器（TIA）电路中，瞬态二极管（TVS）主要用于保护关键元件（如光电二极管、运放）免受瞬态过压事件的损害。以下是其具体作用及原理：

1. 输入端TVS的作用

• 静电放电（ESD）保护：

• 光电二极管或TIA输入端可能因人体接触、设备插拔等引入ESD脉冲（电压可达数千伏），导致运放输入级或光电二极管击穿。

• TVS作用：在ESD脉冲到达敏感元件前，TVS迅速导通，将电压钳位在安全范围内（如±10V），避免元件损坏。

• 过压浪涌抑制：

• 电源波动、雷击或外部干扰可能引发输入端过压。

• TVS作用：通过钳位电压，限制输入电压不超过运放或光电二极管的绝对最大额定值（如±15V）。

2. 输出端TVS的作用

• 输出过压保护：

• TIA输出可能因反馈网络故障、运放饱和或外部干扰导致电压异常升高（如超过供电电压）。

• TVS作用：钳位输出电压，防止后续电路（如ADC、MCU）因过压损坏。

• 防反接保护：

• 若TIA输出端意外接反电源，TVS可限制反向电压，保护运放输出级。

3. TVS的关键特性与选择依据

4. TVS在TIA中的典型应用场景

• 光电探测系统：

• 光电二极管输出微弱电流（pA~μA级），输入端TVS需高灵敏度且低漏电，避免干扰正常信号。

• 高速光通信：

• 输出端TVS需兼顾高频特性（低寄生电容），避免影响信号带宽。

• 工业传感器接口：

• 环境干扰可能导致输入/输出过压，TVS需可靠钳位并长期稳定工作。

5. TVS与普通稳压二极管的对比

特性	TVS二极管	稳压二极管
响应速度	皮秒级（快速钳位）	微秒级（较慢）
功率承受能力	高（瞬态功率可达数千瓦）	低（通常用于连续稳压）
应用场景	瞬态过压保护（ESD、浪涌）	连续电压稳压（参考电压源）
漏电流	较高（尤其在接近击穿电压时）	较低（稳态工作）

结论：TVS专为瞬态过压设计，而稳压二极管不适合用于ESD或浪涌保护。

6. 实际设计中的注意事项

• TVS布局：

• 输入端TVS应尽可能靠近光电二极管或TIA输入引脚，减少寄生电感（影响钳位速度）。

• 输出端TVS需避免与反馈网络相互干扰（如增加滤波电容）。

• 热设计：

• 高频或大功率应用中，选择封装散热性能好的TVS（如SMA、DO-218AB），或增加散热焊盘。

• 替代方案：

• 对极低漏电要求的应用，可考虑使用ESD保护芯片（如ESD二极管阵列），但需权衡成本和性能。

总结

在TIA电路中，瞬态二极管（TVS）的主要作用是：

1. 输入端：保护光电二极管和运放免受ESD和过压浪涌损害。

2. 输出端：钳位输出电压，防止后续电路过压损坏。

选择TVS时需重点关注：击穿电压、钳位电压、脉冲功率和响应时间，并根据具体应用场景优化布局和散热设计。

通过合理使用TVS，可显著提升TIA系统的可靠性和抗干扰能力。