你的位置:首頁 > 電路保護(hù) > 正文

LEIDITECH TVS ARRAY 的ESD防護(hù)設(shè)計要點

發(fā)布時間:2018-10-09 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】上海雷卯電子工程師在負(fù)責(zé)電力行業(yè)的智能采集終端項目升級時,即根據(jù)客戶的新需求和國網(wǎng)、南網(wǎng)新標(biāo)準(zhǔn)對原設(shè)計進(jìn)行改進(jìn)。在做原產(chǎn)品的靜電(ESD)抗擾度4級試驗,即接觸放電±8kV時,發(fā)現(xiàn)以太網(wǎng)會中斷,直到ESD干擾消除后才能恢復(fù)正常,如圖1所示,這種現(xiàn)象不滿足國網(wǎng)、南網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中“實驗過程中,以太網(wǎng)偶爾中斷,但能自行恢復(fù)”的規(guī)定,CLASS B的要求。
 
LEIDITECH TVS ARRAY 的ESD防護(hù)設(shè)計要點
圖1:以太網(wǎng)中斷不能重連
 
有ESD設(shè)計經(jīng)驗的人一般都知道靜電干擾途徑主要為地傳導(dǎo)、信號線+電源線+I/O線傳輸和空間輻射三種。針對以上三種干擾改進(jìn)ESD設(shè)計的方法如下:
 
1)軟件復(fù)位設(shè)計。增加軟件看門狗,主循環(huán)壞死就reset;加狀態(tài)檢測判斷寄存器/IO口狀態(tài)是否正確,不對就reset。
2)增加保護(hù)目標(biāo)ESD免疫力,即增強(qiáng)IC本身ESD防護(hù)能力,比如內(nèi)置集成ESD。
3)降低減弱ESD放電對保護(hù)目標(biāo)的沖擊強(qiáng)度,比如在IC外圍增加TVS管和防靜電管等ESD防護(hù)器件,割地處理,對地并電容,及縮短走線距離等。
 
首先以太網(wǎng)芯片屬于公司大批量使用的通用芯片,不應(yīng)替代;其次軟件看門狗/reset都已經(jīng)做了處理,所以方法1和2都不可選,只能選擇方法3。查看老版原理圖發(fā)現(xiàn)原設(shè)計并未對以太網(wǎng)模塊做所需的防ESD處理,只是在數(shù)字電源VCC和模擬電源AVCC上加了TVS管,而關(guān)鍵的差分信號TX+/TX-和RX+/RX-并沒有設(shè)計ESD防護(hù),所以需在差分信號端增加4個TVS管。
 
TVS管選型需要考慮以下因素:
 
1)大批量供貨需考慮成本,一般而言,TVS管陣列比增加4個TVS管便宜;
2)封裝小,節(jié)省Layout空間,方便布局,TVS管陣列會比4個TVS管的體積小很多;
3)ESD防護(hù)能力,必須大于國網(wǎng)、南網(wǎng)靜電抗擾度4級,即接觸放電±8kV,空氣放電±15kV;
4)負(fù)載電容越低越好,能快速吸收ESD干擾。
 
經(jīng)過查詢資料選用
 
1)封裝極小,1.6mm*1.2mm,封裝和內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示;
2)超低負(fù)載電容,0.85pF,可將快速信號衰減程度降至最低水平;
3)ESD防護(hù)能力高,接觸放電±15kV,空氣放電±15kV,遠(yuǎn)高于國網(wǎng)、南網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn);
4)極低的動態(tài)電阻,提供超低箝位電壓;超低漏電流,3.3V時最大1nA電流;
5)以太網(wǎng)電源AVCC設(shè)計上能節(jié)省一個TVS管;
6)價格便宜。
 
 
LEIDITECH TVS ARRAY 的ESD防護(hù)設(shè)計要點
圖2:LEIDITECH ULC0504T6封裝和內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖
 
以太網(wǎng)防靜電部分設(shè)計原理圖如圖3所示,L2、C59、C60組成π型濾波網(wǎng)絡(luò),C61為去耦電容,R74-R77為以太網(wǎng)傳輸信號的上拉電阻,V10為TVS管,D9為TVS管陣列。
 
LEIDITECH TVS ARRAY 的ESD防護(hù)設(shè)計要點
圖3:以太網(wǎng)防靜電部分電路
 
增加TVS管陣列ULC0504T6后,以太網(wǎng)模塊在Layout設(shè)計時需注意以下幾點:
 
1)ULC0504T6、濾波電容等ESD防護(hù)器件盡量和以太網(wǎng)芯片放在同一層,且盡量在同一層將它們的地pin與以太網(wǎng)芯片的地pin,這樣能減少環(huán)路面積,讓所包含的場流量減小,其感應(yīng)電流減小。
2)ULC0504T6、濾波電容等ESD防護(hù)器件要靠近以太網(wǎng)芯片放置,差分信號和電源的走線先經(jīng)過ESD器件pin再到以太網(wǎng)芯片pin;
3)要盡量保證地平面連續(xù),該打過孔的地方要打過孔,以增加回流路徑;
4)以太網(wǎng)模塊不要靠近整個板件的邊沿,盡量往中間放,這樣能增強(qiáng)水平和垂直耦合靜電抗擾度能力。
 
具體PCB布局如圖4所示,由于以太網(wǎng)差分信號從下面上來,所以ULC0504T6放在左下角,這樣保證了信號線先經(jīng)過TVS管陣列再到以太網(wǎng)芯片pin上。
 
LEIDITECH TVS ARRAY 的ESD防護(hù)設(shè)計要點
圖4:以太網(wǎng)layout設(shè)計
 
改進(jìn)后的設(shè)計,靜電實驗結(jié)果如圖5所示。實驗過程中偶爾斷一次,但能立刻恢復(fù),滿足了國網(wǎng)、南網(wǎng)靜電抗擾度4級實驗要求。
 
LEIDITECH TVS ARRAY 的ESD防護(hù)設(shè)計要點
圖5:改進(jìn)設(shè)計后的靜電實驗結(jié)構(gòu)
 
 
推薦閱讀:
 
電源插座如何防雷?巧用壓敏電阻&陶瓷氣體放電管
談汽車內(nèi)EMC電磁騷擾及其影響
信號抖動的定義、分類及測量注意事項
輻射兩步法 MIMO OTA 測試方法發(fā)明人給大家開小灶、劃重點
電子工程師不得不知道的EMC機(jī)理------串?dāng)_
特別推薦
技術(shù)文章更多>>
技術(shù)白皮書下載更多>>
熱門搜索
壓控振蕩器 壓力傳感器 壓力開關(guān) 壓敏電阻 揚聲器 遙控開關(guān) 醫(yī)療電子 醫(yī)用成像 移動電源 音頻IC 音頻SoC 音頻變壓器 引線電感 語音控制 元件符號 元器件選型 云電視 云計算 云母電容 真空三極管 振蕩器 振蕩線圈 振動器 振動設(shè)備 震動馬達(dá) 整流變壓器 整流二極管 整流濾波 直流電機(jī) 智能抄表
?

關(guān)閉

?

關(guān)閉