提供工业电脑 2.5Gbps网口ESD/EOS 防护方案
amazingic晶焱科技由原厂在大陆授权代理koyuelec光与电子0755-82574660，82542001提供工业电脑 2.5gbps网口esd/eos 防护方案与应用
工业电脑(industrial pc)相对于一般消费型电脑来说，架构上大致相同，cpu大都以x86(intel以及amd)为主。不过，因为工业电脑主要讲求的是稳定性、相容性以及扩充性，因此在i/o端口的传输速度提升需求上会比消费型电脑来得缓慢。但因工业电脑所处的环境可能较一般消费型电脑恶劣(例如:工厂，铁道，船舶…等)，所以会更加重视系统本身的可靠度、寿命、抗外在干扰能力。由于设计时会特别注意i/o端口esd/surge的保护，将更不容易因esd/surge而导致i/o端口故障。
在最近ipc主晶片的参考设计上，ethernet端口的传输速度已由1gbps升级至2.5gbps，各工业电脑大厂在研发新项目时，也开始以ethernet 2.5gbps作为标准设计，在测试esd或是surge时，相对也较常因2.5gbps晶片对esd/surge较为敏感而遇到测试无法通过的问题，本文将介绍ethernet 2.5gbps的esd/surge完整防护对策。
ethernet 2.5gbps 主要是由四组differential pairs讯号所组成，一组differential pair讯号传输速度约625mbps，故esd/surge保护元件的电容值也相对的不能太高，以避免因此导致讯号异常。进行ethernet surge测试时有common mode(线对地)以及differential mode(线对线)两种模式，对于common mode esd/surge测试模式而言，推荐使用四通道的tvs array防护元件，建议的方案为dfn2510p10e封装的az1213-04f。因其封装特色的关系，在pcb layout时可采用顺线直拉的方式，在设计上极其方便。 az1213-04f 讯号对地的寄生电容为2.1pf(typ.)，可抗受iec61000-4-5 surge(8/20μs) 20a的能量。在surge(8/20μs) 20a时的surge clamping voltage约为7.5v，而esd clamping voltage 在16a(esd=8kv)时约为6.5v 。请参考图1. az1213-04f的surge clamping voltage 及tlp i-v特性曲线。
图1 . az1213-04f的surge clamping voltage 及tlp i-v特性曲线
differential mode(线对线)的surge防护元件，则建议可使用dfn0603p2y(0201)封装的az5b0s-01f，寄生电容为0.18pf(typ.)，可抗受iec61000-4-5 surge (8/20μs) 7a的能量。在surge(8/20μs) 7a时的surge clamping voltage约为4v，请参考图2. az5b0s-01f的surge clamping voltage i-v特性曲线。
图2. az5b0s-01f的 surge clamping voltage i-v特性曲线
differential mode的surge防护元件除了前述az5b0s-01f之外，亦有推出dfn1006p2e(0402)封装的防护元件az522s-01f，寄生电容为0.2pf(typ.)，可抗受iec61000-4-5 surge (8/20μs) 6.5a的能量。在surge(8/20μs) 6.5a时的surge clamping voltage约为5v，请参考图3. az522s-01f的surge clamping voltage i-v特性曲线。
图3. az522s-01f的 surge clamping voltage i-v特性曲线
除了common mode(线对地)以及differential mode(线对线)的防护元件，在系统进行esd及surge的测试时，亦时常见到能量耦合至led控制讯号，而导致lan phy损坏的问题。故在lan led控制讯号线的防护也相对的重要，建议可先预留防护元件在led的控制讯号线上，2.5gbps ethernet 的完整保护线路请参考图4。
图4. 2.5gbps ethernet esd/eos保护线路
如前文所提到，因工业电脑可能在较为恶劣的环境使用，故建议在系统电路设计初期时，可将esd/surge的防护先考量进去，让2.5gbps ethernet端口的耐受更加强壮，以避免网口在市场端因esd/surge而导致功能失效的问题发生。
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ethernet 2.5gbps 主要是由四组differential pairs讯号所组成，一组differential pair讯号传输速度约625mbps，故esd/surge保护元件的电容值也相对的不能太高，以避免因此导致讯号异常。进行ethernet surge测试时有common mode(线对地)以及differential mode(线对线)两种模式，对于common mode esd/surge测试模式而言，推荐使用四通道的tvs array防护元件，建议的方案为dfn2510p10e封装的az1213-04f。因其封装特色的关系，在pcb layout时可采用顺线直拉的方式，在设计上极其方便。 az1213-04f 讯号对地的寄生电容为2.1pf(typ.)，可抗受iec61000-4-5 surge(8/20μs) 20a的能量。在surge(8/20μs) 20a时的surge clamping voltage约为7.5v，而esd clamping voltage 在16a(esd=8kv)时约为6.5v 。请参考图1. az1213-04f的surge clamping voltage 及tlp i-v特性曲线。
图1 . az1213-04f的surge clamping voltage 及tlp i-v特性曲线
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图2. az5b0s-01f的 surge clamping voltage i-v特性曲线
differential mode的surge防护元件除了前述az5b0s-01f之外，亦有推出dfn1006p2e(0402)封装的防护元件az522s-01f，寄生电容为0.2pf(typ.)，可抗受iec61000-4-5 surge (8/20μs) 6.5a的能量。在surge(8/20μs) 6.5a时的surge clamping voltage约为5v，请参考图3. az522s-01f的surge clamping voltage i-v特性曲线。
图3. az522s-01f的 surge clamping voltage i-v特性曲线
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图4. 2.5gbps ethernet esd/eos保护线路
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