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10G Ethernet的ESD/EOS防護方案2019/05/14

 

現行網路資訊發展迅速,人們利用網路能做的事也越來越多,例如: 線上購物、影片欣賞、線上遊戲、以及流覽新聞等,網路已經變成人們生活中不可或缺的一部分。而終端系統如Desk topNote book及數位機頂盒等,都藉由Ethernet (LAN)端口與網路之間相連接。Ethernet端口的資料傳輸速度也隨著連網的要求也越來越快,從最早的10M100M1G到現在的2.5G/5G/10G,為什麼需要提高傳輸速度呢?其原因在影音方面,因為影像的解析度越來越精細,從1080p4k影片,4k影片的資料流量較大,故提高網路傳輸速度,讓流覽影片更加流暢,另一個是原因是電競遊戲,電競遊戲如網路資料傳輸得快及穩定,較不會因網路連線問題(Lag)而導致勝負有所改變的局面。接下來的文章將會介紹目前用於Ethernet (LAN)端口的靜電放電(ESD)/ 過電壓衝擊(EOS)的防護方案。

 

Ethernet (LAN) 端口介面主要架構為Connector(RJ45) àTransformer à LAN PHY,一般的Desk top/Notebook/Router ...產品在Ethernet(LAN)端口,都會針對Ethernet端口進行IEC61000-4-2 (ESD)靜電放電測試,以及IEC61000-4-5 Lighting(Surge)雷擊測試。主要是因為Ethernet 電纜線有機會因佈局關係而拉到戶外等空間,在打雷時,比較容易感應到突波,LAN PHY有可能因為這突波,而導致損壞,正因如此,在Ethernet端口加上保護元件,就變成是格外的重要。

 

傳輸速度1Gbps以上的Ethernet訊號主要由4組差動訊號線在做傳輸 ESDEOS的防護主要是建議放在Transformer LAN PHY之間,也就是所謂的二次側(PHY Side)目前應用於10Gbps Ethernet ESD靜電防護元件為AZ1023-04F。其封裝為DFN2510P10E,是一顆可以應用於高速訊號的四通道陣列式保護元件(TVS Array)PCB電路佈局示意圖如圖1所示PCB電路佈局上可以採用走順線(feed through)的方式,對PCB 的阻抗影響較小,且電容值只有0.18pF(Typ.)。其ESD保護能力上可達接觸模式+/-8kV,空氣模式+/-15kV而靜電防護元件最重要的參數為箝位電壓(Clamping voltage),從圖2. AZ1023-04F TLP I/V特性曲線可發現其箝位電壓在16A(ESD 8kV)時約為11V

 

 

1. AZ1023-04F /AZ1243-04F PCB Layout 示意圖

 

2.AZ1023-04F  TLP  I/V特性曲線

 

而應用於10Gbps Ethernet EOS防護方案為AZ1243-04F,其封裝亦為DFN2510P10E。其PCB電路佈局跟AZ1023-04F一樣可以採用走順線(feed through)的方式電容值為0.5pF(Typ.)。其ESD保護能力上可達接觸模式+/-25kV,空氣模式+/-27kV 由圖3. AZ1243-04F特性曲線可發現其箝位電壓在16A(ESD 8kV)時約為8.5V。而在EOS保護能力上可達IEC61000-4-5 12A等級。

 

3. AZ1243-04F  TLP  I/V特性曲線

 

現行針對Ethernet端口ESD(Pin injection 8kV)EOS(Surge 4kV)測試規格較高,ESD/EOS防護元件的需求也相對提高,建議在PCB 電路佈局設計上可事先擺放Array型式的TVSTVS array可節約PCB空間成本和兼具效能,以防止後續產生不必要的市場端客退問題。

 

 

 

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