物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)備 防雷防靜電(ESD)闡述
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一.什么是ESD
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/236729.htm
ESD(Electro-Staticdischarge)的意思是“靜電釋放”。國際上習(xí)慣將用于靜電防護(hù)的器材統(tǒng)稱為ESD，中文名稱為靜電抑制器。對電子產(chǎn)品而言，靜電放電往往是致命的——它可能導(dǎo)致元器件內(nèi)部線路受損，直接影響產(chǎn)品的正常使用壽命，甚至造成產(chǎn)品的損壞。IC自身防靜電的能力并未隨半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展而提高，反而下降。
二.ESD的種類和優(yōu)劣勢比較
| 類型 | 技術(shù)特征 | 原理 | 代表器件 | 優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) |
| 硅技術(shù)TVS/ESD器件 | 硅技術(shù) | PN結(jié)的反向擊穿 | TVS管 | 響應(yīng)速度快 鉗位電壓很低 因本身不承受靜電能量 所以抗沖擊次數(shù)較高 具備防浪涌能力 | 單向性 漏電流較大 容值較高 低容值產(chǎn)品價(jià)格較高 |
| 陶瓷電容ESD保護(hù) | 陶瓷技術(shù) | 氧化鋅等壓敏材料的特性 | 壓敏電阻 | 穩(wěn)定 無極性 價(jià)格極低 | 鉗位電壓較高 漏電流較大 容值較高 低容值產(chǎn)品價(jià)格較高 抗沖擊次數(shù)低 |
| 集合材料的ESD器件 | 聚合物合成材料 | 高分子聚合物的特殊物理特性 | 高分子材料器件 | 無極性 漏電流極低 電容極低 | 鉗位電壓較高 耐高溫耐老化能力差 |
| 玻璃陶瓷ESD器件 | 玻璃陶瓷 | 利用特殊陶瓷材料的特定微觀結(jié)構(gòu) | 玻璃陶瓷ESD器件 | 無極性； 鉗位電壓與TVS相當(dāng)； 漏電流極低，相應(yīng)速度快； 耐高溫，耐老化； 抗沖擊次數(shù)高。 | 觸發(fā)電壓稍高 目前只有0603和0402封裝 應(yīng)用領(lǐng)域受限制（潔凈度高） |
三.物聯(lián)網(wǎng)接口，防ESD保護(hù)方案推薦
ESD
| 物聯(lián)網(wǎng)接口名稱 | 推薦ESD型號 |
| CAN BUS總線 | SMC24 |
| RJ45（以太網(wǎng)百兆網(wǎng)，千兆網(wǎng)） | SLVU2.8-4/LC03CI/SRV05-4,SMD4532-090NF，3R090SA-5S |
| USB2.0,USB3.0 | SRV05-4/ULC0502A |
| RS-485 | SM712/SD12C |
| RS-232 | SD12C |
| HDMI,HDMI1.3高清視頻接口 | ULC0524P/ULC0568M |
| RF天線 | LC05CI |
| SIM卡 | SMS05C |
| I/O進(jìn)出口總線 | ESD5Z5V |
| 模擬輸入 | LC05CI |
| 音視頻 | SLVU2.8,LC03CI |
| WIEGAND | SRV05-4,LC05CI |
1、CANBUS總線防雷放靜電
作為ISO11898CAN標(biāo)準(zhǔn)的CANBus(ControLLerAreaNet-workBus)，是制造廠中連接現(xiàn)場設(shè)備(傳感器、執(zhí)行器、控制器等)、面向廣播的串行總線系統(tǒng)，最初由美國通用汽車公司(GM)開發(fā)用于汽車工業(yè)，后日漸增多地出現(xiàn)在制造自動(dòng)化行業(yè)中。
CAN總線防雷的要求非常高，需采用二級保護(hù)模式，確保數(shù)據(jù)安全，如下圖方案：
2、以太網(wǎng)接口RJ45防雷放靜電
為解決現(xiàn)有防雷保護(hù)電路效果較差、會(huì)影響信號傳輸質(zhì)量等問題，本方案以太網(wǎng)接口防雷保護(hù)電路的各個(gè)輸入側(cè)端口處設(shè)有由氣體放電管組成的第一級保護(hù)電路，在各個(gè)器件側(cè)端口處設(shè)有主要由硅保護(hù)二極管組成的第二級保護(hù)電路，所述第一級保護(hù)電路的動(dòng)作電壓高于所述第二級保護(hù)電路的動(dòng)作電壓，在每一個(gè)器件側(cè)端口與相應(yīng)的輸入側(cè)端口之間串聯(lián)有起退耦作用的限流器件。在第二級保護(hù)電路中可采用硅保護(hù)二極管與快恢復(fù)二極管串聯(lián)，或?qū)⒚績蓚€(gè)硅保護(hù)二極管正端背靠背連接的方式以減小硅保護(hù)二極管的結(jié)電容所產(chǎn)生的影響;在第一級保護(hù)電路中可采用兩極或三極氣體放電管來實(shí)現(xiàn)共模及差模過電壓保護(hù)。如圖
使用該方案,可以使線路承受很大的浪涌，快速脈沖群，靜電。
該方案采用三重保護(hù)模式，并使用低電容保護(hù)ESD。
可以達(dá)到ITU-TK.21的標(biāo)準(zhǔn)要求。
3、USB接口防雷防靜電
USB3.0的增強(qiáng)版主要特性有：
-10Gbps數(shù)據(jù)傳輸率
-改進(jìn)數(shù)據(jù)編碼，提高數(shù)據(jù)傳輸效率，以獲得更高的吞吐和I/O能效
-兼容現(xiàn)有USB3.0接口、數(shù)據(jù)線
-兼容現(xiàn)有USB3.0軟件堆棧和設(shè)備級協(xié)議
-兼容現(xiàn)有USB3.0、USB2.0Hub、設(shè)備
在過去的一年里，USB3.0的接受度已經(jīng)有了很大提升，市面上有720多款設(shè)備，比2011年多出了兩倍，而對于微軟，USB3.0更是SurfacePro的標(biāo)準(zhǔn)配置。針對USB3.0新標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，英特爾和微軟方面都表示了大力的支持和贊揚(yáng)。雖然目前符合最新USB3.0標(biāo)準(zhǔn)的消費(fèi)型電子設(shè)備還沒有面世，但根據(jù)目前已經(jīng)有的計(jì)劃來看，用戶享用到極速的USB3.0設(shè)備也不會(huì)太久了。
雷卯提供USB2.0，USB3.0靜電保護(hù)方案如下：
保護(hù)2個(gè)USB接口，用一顆SRV05-4，低電容，5V產(chǎn)品
保護(hù)1個(gè)USB3.0接口，用一顆ULC0568M,超低電容，MSOP8封裝
4、RS485/RS232低速數(shù)據(jù)防雷防靜電
近期很多客戶朋友問到RS-485單片機(jī)的ESD保護(hù)方案，并且為選擇什么電壓的ESD保護(hù)485芯片合適而煩惱。
雷卯工程師為此專門羅列統(tǒng)計(jì)并給出如下解決辦法：
1.RS485芯片型號：SN65HVD3082E,SN75LBC184,SP3485,
如上RS485芯片型號，是客戶朋友現(xiàn)成有在使用的。根據(jù)芯片的規(guī)格書中都提到：電壓范圍：-7V~12V，可以看出，保護(hù)這些
RS485最好選用專業(yè)的485保護(hù)芯片是SM712.
通過與工程師交談，有的會(huì)用大功率TVS，比如P6KE6.8CA,這種選型很難起到保護(hù)作用，反而會(huì)有誤動(dòng)作，畢竟12V沒到6.8V的TVS就可能會(huì)動(dòng)作了。
雷卯的485芯片保護(hù)方案主推薦型號是：SM712，方案圖如下：
5、HDMI高清視頻接口
HDMI最高支持5GBPS的傳輸帶寬，而HDTV僅需要2.2GBPS，還有很大的裕量留給將來可能的更高標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字視頻信號。HDMI比DVI的改進(jìn)是加入了版權(quán)保護(hù)HDCP內(nèi)核(注：寬帶數(shù)字內(nèi)容加密保護(hù))的同時(shí)增加了數(shù)字音頻傳輸，從而成為專用的多媒體信息接口;HDMI支持1920*1080P高清晰數(shù)字信號，并支持DolbyDigital(杜比數(shù)碼音效)/DTS(數(shù)碼環(huán)繞音效)數(shù)字音頻格式。HDMI可望成為未來的視頻設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口?，F(xiàn)在，美國FCC強(qiáng)制規(guī)定：HDMI接口必須加在與高清電視有關(guān)的電子產(chǎn)品上，例如高清電視機(jī)、有線機(jī)頂盒、DVD播放機(jī)等，歐洲、日本和韓國很快也會(huì)有類似的要求。
HDMI規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)
HDMI的主要技術(shù)基礎(chǔ)是DVI-HDTV，HDMI所增加的功能便是數(shù)字音頻信號的傳輸，并且，在音頻設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)了基本控制數(shù)據(jù)的傳輸。為了增強(qiáng)其作為消費(fèi)類影音產(chǎn)品接口的競爭力，HDMI采用了更小的接頭，強(qiáng)化了對數(shù)字式高清晰度色差分量(Y/Cb/Cr)格式的支持，其性能以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了IEA/CEA-861B標(biāo)準(zhǔn)所作為的規(guī)定。
HDMI的音頻處理能力足可滿足未來的需要，并且做到向后兼容，不僅可以傳輸我們已經(jīng)熟知并且喜愛的杜比數(shù)碼和DTS等經(jīng)過壓縮的多聲道數(shù)字音頻信號，也可以傳輸未經(jīng)壓縮的數(shù)字音頻信號。在后一種情況下，HDMI所支持的聲道數(shù)達(dá)8個(gè)之多，量化精度可達(dá)24位，采樣頻率高達(dá)192千赫。這些性能指標(biāo)在進(jìn)行高清晰度視頻節(jié)目傳送時(shí)也都可以同時(shí)達(dá)到。HDMI是利用數(shù)字視頻信號的逆程消隱期間進(jìn)行音頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，因此不?huì)占用可用視頻傳輸帶寬，而且，完全向后兼容于：未將音頻傳輸考慮在內(nèi)的早期DVI產(chǎn)品。
HDMI高清接口專用保護(hù)器件ULC0524P
HDMI高清接口保護(hù)器件ULC0524P,適用于藍(lán)光DVD,高清播放器,平板電腦,高清機(jī)頂盒等設(shè)備高清接口保護(hù).
HDMI接口的ESD保護(hù)電路及解決方案ULC0524P，具有低電容和高保護(hù)能力，適合于高清晰多媒體接口HDMI和數(shù)字視頻接口DVI產(chǎn)品。ULC0524P是瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)二極管陣列，具有IEC標(biāo)準(zhǔn)靜電放電(ESD)、快速放電(EFT)和電纜放電事件(CDE)保護(hù)功能，從而可保護(hù)敏感器件，可用于保護(hù)最多四個(gè)高速數(shù)據(jù)線和一個(gè)電源線(Vcc)。
HDMI接口的ESD保護(hù)電路及解決方案
ULC0524P，具有低電容和高保護(hù)能力，適合于高清晰多媒體接口HDMI和數(shù)字視頻接口DVI產(chǎn)品。
ULC0524P是瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)二極管陣列，具有IEC標(biāo)準(zhǔn)靜電放電(ESD)、快速放電(EFT)和電纜放電事件(CDE)保護(hù)功能，從而可保護(hù)敏感器件，可用于保護(hù)最多四個(gè)高速數(shù)據(jù)線和一個(gè)電源線(Vcc)。
ULC0524P屬于低電容保護(hù)器件系列，它采用一種專有工藝技術(shù)，頻率高于2GHz時(shí)，零信號衰減的數(shù)據(jù)線路電容為0.3pF。該器件所提供的ESD保護(hù)可達(dá)IEC61000-4-2±15kV(空氣)和±8kV(接觸)及IEC61000-4-5(閃電)5A(8/20us)，EFT保護(hù)可達(dá)IEC61000-4-440A(5/50ns)。
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