物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)備防雷防靜電(ESD)闡述

作者：時(shí)間：2014-04-18 來(lái)源：慧聰電子網(wǎng)

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　　一.什么是ESD

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/236729.htm ESD

　　ESD(Electro-Staticdischarge)的意思是“靜電釋放”。國(guó)際上習(xí)慣將用于靜電防護(hù)的器材統(tǒng)稱(chēng)為ESD，中文名稱(chēng)為靜電抑制器。對(duì)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(xiàn)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(lèi)和優(yōu)劣勢(shì)比較

類(lèi)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(wú)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(wú)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(wú)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(chēng)	推薦ESD型號(hào)
CAN BUS總線(xiàn)	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(xiàn)	LC05CI
SIM卡	SMS05C
I/O進(jìn)出口總線(xiàn)	ESD5Z5V
模擬輸入	LC05CI
音視頻	SLVU2.8,LC03CI
WIEGAND	SRV05-4,LC05CI

　　1、CANBUS總線(xiàn)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(chǎng)設(shè)備(傳感器、執(zhí)行器、控制器等)、面向廣播的串行總線(xiàn)系統(tǒng)，最初由美國(guó)通用汽車(chē)公司(GM)開(kāi)發(fā)用于汽車(chē)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(xiàn)防雷的要求非常高，需采用二級(jí)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(hào)傳輸質(zhì)量等問(wèn)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(jí)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(jí)保護(hù)電路，所述第一級(jí)保護(hù)電路的動(dòng)作電壓高于所述第二級(jí)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(jí)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(jī)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(jí)保護(hù)電路中可采用兩極或三極氣體放電管來(lái)實(shí)現(xiàn)共模及差模過(guò)電壓保護(hù)。如圖

　　使用該方案,可以使線(xiàn)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(xiàn)

　　-兼容現(xiàn)有USB3.0軟件堆棧和設(shè)備級(jí)協(xié)議

　　-兼容現(xiàn)有USB3.0、USB2.0Hub、設(shè)備

　　在過(guò)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(duì)于微軟，USB3.0更是SurfacePro的標(biāo)準(zhǔn)配置。針對(duì)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(méi)有面世，但根據(jù)目前已經(jīng)有的計(jì)劃來(lái)看，用戶(hù)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(hù)朋友問(wèn)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(zhuān)門(mén)羅列統(tǒng)計(jì)并給出如下解決辦法：

　　1.RS485芯片型號(hào)：SN65HVD3082E,SN75LBC184,SP3485,

　　如上RS485芯片型號(hào)，是客戶(hù)朋友現(xiàn)成有在使用的。根據(jù)芯片的規(guī)格書(shū)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(zhuān)業(yè)的485保護(hù)芯片是SM712.

　　通過(guò)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(méi)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(hào)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(lái)可能的更高標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字視頻信號(hào)。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(zhuān)用的多媒體信息接口;HDMI支持1920*1080P高清晰數(shù)字信號(hào)，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(lái)的視頻設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口?，F(xiàn)在，美國(guó)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(xiàn)機(jī)頂盒、DVD播放機(jī)等，歐洲、日本和韓國(guó)很快也會(huì)有類(lèi)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(hào)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(lèi)影音產(chǎn)品接口的競(jìng)爭(zhēng)力，HDMI采用了更小的接頭，強(qiáng)化了對(duì)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(guò)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(mǎn)足未來(lái)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(ài)的杜比數(shù)碼和DTS等經(jīng)過(guò)壓縮的多聲道數(shù)字音頻信號(hào)，也可以傳輸未經(jīng)壓縮的數(shù)字音頻信號(hào)。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(hào)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(zhuān)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(xiàn)和一個(gè)電源線(xiàn)(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(xiàn)和一個(gè)電源線(xiàn)(Vcc)。

　　ULC0524P屬于低電容保護(hù)器件系列，它采用一種專(zhuān)有工藝技術(shù)，頻率高于2GHz時(shí)，零信號(hào)衰減的數(shù)據(jù)線(xiàn)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)。