物聯(lián)網(wǎng)基礎設備 防雷防靜電(ESD)闡述
一.什么是ESD
ESD
ESD(Electro-Staticdischarge)的意思是“靜電釋放”。國際上習慣將用于靜電防護的器材統(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——它可能導致元器件內部線路受損，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體工藝技術的發(fā)展而提高，反而下降。
二.ESD的種類和優(yōu)劣勢比較
| 類型 | 技術特征 | 原理 | 代表器件 | 優(yōu)點 | 缺點 |
| 硅技術TVS/ESD器件 | 硅技術 | PN結的反向擊穿 | TVS管 | 響應速度快 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)品價格較高 |
| 陶瓷電容ESD保護 | 陶瓷技術 | 氧化鋅等壓敏材料的特性 | 壓敏電阻 | 穩(wěn)定 無極性 價格極低 | 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構 | 玻璃陶瓷ESD器件 | 無極性； 鉗位電壓與TVS相當； 漏電流極低，相應速度快； 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 應用領域受限制（潔凈度高） |
三.物聯(lián)網(wǎng)接口，防ESD保護方案推薦
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標準的CANBus(ControLLerAreaNet-workBus)，是制造廠中連接現(xiàn)場設備(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)在制造自動化行業(yè)中。
CAN總線防雷的要求非常高，需采用二級保護模式，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)有防雷保護電路效果較差、會影響信號傳輸質量等問題，本方案以太網(wǎng)接口防雷保護電路的各個輸入側端口處設有由氣體放電管組成的第一級保護電路，在各個器件側端口處設有主要由硅保護二極管組成的第二級保護電路，所述第一級保護電路的動作電壓高于所述第二級保護電路的動作電壓，在每一個器件側端口與相應的輸入側端口之間串聯(lián)有起退耦作用的限流器件。在第二級保護電路中可采用硅保護二極管與快恢復二極管串聯(lián)，或將每兩個硅保護二極管正端背靠背連接的方式以減小硅保護二極管的結電容所產(chǎn)生的影響;在第一級保護電路中可采用兩極或三極氣體放電管來實現(xiàn)共模及差模過電壓保護。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模式，并使用低電容保護ESD。
可以達到ITU-TK.21的標準要求。
3、USB接口防雷防靜電
USB3.0的增強版主要特性有：
-10Gbps數(shù)據(jù)傳輸率
-改進數(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軟件堆棧和設備級協(xié)議
-兼容現(xiàn)有USB3.0、USB2.0Hub、設備
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多款設備，比2011年多出了兩倍，而對于微軟，USB3.0更是SurfacePro的標準配置。針對USB3.0新標準的發(fā)布，英特爾和微軟方面都表示了大力的支持和贊揚。雖然目前符合最新USB3.0標準的消費型電子設備還沒有面世，但根據(jù)目前已經(jīng)有的計劃來看，用戶享用到極速的USB3.0設備也不會太久了。
雷卯提供USB2.0，USB3.0靜電保護方案如下：
保護2個USB接口，用一顆SRV05-4，低電容，5V產(chǎn)品
保護1個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單片機的ESD保護方案，并且為選擇什么電壓的ESD保護485芯片合適而煩惱。
雷卯工程師為此專門羅列統(tǒng)計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，保護這些
RS485最好選用專業(yè)的485保護芯片是SM712.
通過與工程師交談，有的會用大功率TVS，比如P6KE6.8CA,這種選型很難起到保護作用，反而會有誤動作，畢竟12V沒到6.8V的TVS就可能會動作了。
雷卯的485芯片保護方案主推薦型號是：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準的數(shù)字視頻信號。HDMI比DVI的改進是加入了版權保護HDCP內核(注：寬帶數(shù)字內容加密保護)的同時增加了數(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備的標準接口?，F(xiàn)在，美國FCC強制規(guī)定：HDMI接口必須加在與高清電視有關的電子產(chǎn)品上，例如高清電視機、有線機頂盒、DVD播放機等，歐洲、日本和韓國很快也會有類似的要求。
HDMI規(guī)范標準
HDMI的主要技術基礎是DVI-HDTV，HDMI所增加的功能便是數(shù)字音頻信號的傳輸，并且，在音頻設備之間實現(xiàn)了基本控制數(shù)據(jù)的傳輸。為了增強其作為消費類影音產(chǎn)品接口的競爭力，HDMI采用了更小的接頭，強化了對數(shù)字式高清晰度色差分量(Y/Cb/Cr)格式的支持，其性能以遠遠超過了IEA/CEA-861B標準所作為的規(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8個之多，量化精度可達24位，采樣頻率高達192千赫。這些性能指標在進行高清晰度視頻節(jié)目傳送時也都可以同時達到。HDMI是利用數(shù)字視頻信號的逆程消隱期間進行音頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，因此不會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的早期DVI產(chǎn)品。
HDMI高清接口專用保護器件ULC0524P
HDMI高清接口保護器件ULC0524P,適用于藍光DVD,高清播放器,平板電腦,高清機頂盒等設備高清接口保護.
HDMI接口的ESD保護電路及解決方案ULC0524P，具有低電容和高保護能力，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標準靜電放電(ESD)、快速放電(EFT)和電纜放電事件(CDE)保護功能，從而可保護敏感器件，可用于保護最多四個高速數(shù)據(jù)線和一個電源線(Vcc)。
HDMI接口的ESD保護電路及解決方案
ULC0524P，具有低電容和高保護能力，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標準靜電放電(ESD)、快速放電(EFT)和電纜放電事件(CDE)保護功能，從而可保護敏感器件，可用于保護最多四個高速數(shù)據(jù)線和一個電源線(Vcc)。
ULC0524P屬于低電容保護器件系列，它采用一種專有工藝技術，頻率高于2GHz時，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保護可達IEC61000-4-2±15kV(空氣)和±8kV(接觸)及IEC61000-4-5(閃電)5A(8/20us)，EFT保護可達IEC61000-4-440A(5/50ns)。
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