100M/1000M以太網(wǎng)靜電浪涌防護(hù)方案

方案簡介

以太網(wǎng)是一種生產(chǎn)較早且廣泛應(yīng)用的局域網(wǎng)通訊方式，同時(shí)也是一種協(xié)議，其核心在于實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)（如辦公室、學(xué)校等）的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸速度的不同，以太網(wǎng)大致可以劃分為幾個(gè)等級(jí)：標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)（10Mbit/s），快速以太網(wǎng)（100Mbit/s），千兆以太網(wǎng)（1000Mbit/s），以及更快的萬兆以太網(wǎng)（10Gbit/s）。然而，在日常使用環(huán)境中，考慮到成本效益和實(shí)際需求，快速以太網(wǎng)和千兆以太網(wǎng)往往已足夠滿足大多數(shù)組織和個(gè)人的網(wǎng)絡(luò)需求。這兩種技術(shù)不僅提供了穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡(luò)連接，還能有效支持視頻會(huì)議、大文件傳輸、流媒體播放等多種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

由于以太網(wǎng)端口需要較遠(yuǎn)距離傳輸且走線環(huán)境多為戶外和一些電磁環(huán)境較復(fù)雜的地方，極易引入各種干擾，包括靜電放電和雷擊事件，導(dǎo)致后端芯片的損壞、系統(tǒng)重啟、死機(jī)等現(xiàn)象，所以以太網(wǎng)口必須實(shí)現(xiàn)防雷保護(hù)和ESD保護(hù)。此方案采用高溫低漏電的ESD產(chǎn)品，保證100M/1000M以太網(wǎng)在高溫85℃運(yùn)行條件下數(shù)據(jù)傳輸不丟失，滿足IEC 61000-4-2 Level 4靜電放電及IEC 61000-4-5 Level 3雷擊浪涌防護(hù)需求。

ESD器件提供靜電防護(hù)

ESD是多個(gè) TVS晶粒或結(jié)合二極管采用不同的布局設(shè)計(jì)成具有特定功能的單路或多路ESD保護(hù)器件，主要應(yīng)用于各類通信接口靜電保護(hù)。ESD防護(hù)在瞬態(tài)事件突發(fā)時(shí)，需憑借超低線間電容來維持電路安全，同時(shí)絲毫不減損信號(hào)的純凈度與完整性。鑒于ESD器件與電路并聯(lián)的布局，遭遇ESD靜電放電沖擊時(shí)，電路承受的電壓即等同于ESD防護(hù)器件的鉗位電壓，故確保鉗位電壓盡可能低。所以，當(dāng)100M/1000M以太網(wǎng)在選擇合適的ESD防護(hù)器件時(shí)，需要考慮以下要求：

低電容（<1pF）

響應(yīng)速度較快（納秒級(jí)別）；

經(jīng)過若干次ESD沖擊后，防護(hù)性能不退化且泄漏保持在低水平

器件封裝尺寸小，PCB設(shè)計(jì)空間充足

TSS器件提供浪涌防護(hù)

實(shí)現(xiàn)浪涌防護(hù)需要能夠隔離、阻斷或抑制大型瞬變能量脈沖的器件，TSS（開關(guān)型瞬態(tài)電壓抑制二極管）是一種半導(dǎo)體工藝制成的PNPN結(jié)四層結(jié)構(gòu)器件，當(dāng)外加電壓低于斷態(tài)電壓時(shí)，器件處于斷開狀態(tài)；當(dāng)電壓超過最大斷態(tài)電壓時(shí)，TSS管會(huì)將瞬態(tài)電壓鉗制到轉(zhuǎn)折電壓內(nèi)；電壓繼續(xù)增大，TSS會(huì)由于負(fù)阻效應(yīng)進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，近乎短路；當(dāng)外加電壓恢復(fù)正常，電流下降并低于維持電流，元件恢復(fù)截止?fàn)顟B(tài)。

相較于其他防護(hù)裝置，TSS二極管的核心優(yōu)勢在于其超快的響應(yīng)速度，通常在納秒級(jí)別內(nèi)即能發(fā)揮作用，迅速將瞬態(tài)能量安全地引導(dǎo)至地，同時(shí)保持一個(gè)穩(wěn)定的鉗位電壓水平，從而有效保護(hù)電路免受浪涌損害。

應(yīng)用示例

圖1 100M以太網(wǎng)應(yīng)用示例

我們?yōu)?00M以太網(wǎng)提供了兩種不同的防護(hù)器件，專為保護(hù)該接口的高速差分線路而設(shè)計(jì)，型號(hào)分別為SELC3D3V1BA和ES4200SCS。SELC3D3V1BA為一款超低電容瞬態(tài)電壓抑制器陣列，其工作電壓為 3.3V，符合IEC61000-4-2 4級(jí)ESD防護(hù)規(guī)范和IEC 61000-4-5 3級(jí)雷擊浪涌防護(hù)規(guī)范，在±15kV空氣放電、±15kV接觸放電和2kV浪涌電壓下提供瞬變保護(hù)。ES4200SCS是一款半導(dǎo)體放電管TSS，該器件的工作電壓為400V，通常用于幫助保護(hù)敏感的電信設(shè)備，如通信線路信號(hào)線路和數(shù)據(jù)傳輸線路免受由雷電和設(shè)備切換操作引起的瞬變浪涌電壓的損壞。

圖2 1000M以太網(wǎng)應(yīng)用示例

在100M以太網(wǎng)的防護(hù)基礎(chǔ)上，1000M以太網(wǎng)添加了一款可供選擇的TSS器件ES0640SCS，該器件的工作電壓為58V?？筛鶕?jù)不同使用場景和電壓需求選擇不同的TSS防護(hù)器件。

型號(hào)參數(shù)

總結(jié)與結(jié)論

以太網(wǎng)作為一種可靠廣泛的高速通信方案，由于需要使用導(dǎo)體不可避免地受到諸如雷擊和 ESD等事件造成的能量瞬變的影響。ELECSUPER SEMI為這兩種技術(shù)的以太網(wǎng)接口提供值得信賴的保護(hù)器件。以上解決方案是保護(hù)100M/1000M以太網(wǎng)接口的優(yōu)選之策，確保電子通訊設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

審核編輯 黃宇