物联网基础设备防雷防静电(ESD)阐述

作者：时间：2014-04-18来源：慧聪电子网收藏

　　一.什么是ESD

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/236729.htm ESD

　　ESD(Electro-Staticdischarge)的意思是“静电释放”。国际上习惯将用于静电防护的器材统称为ESD，中文名称为静电抑制器。对电子产品而言，静电放电往往是致命的——它可能导致元器件内部线路受损，直接影响产品的正常使用寿命，甚至造成产品的损坏。IC自身防静电的能力并未随半导体工艺技术的发展而提高，反而下降。

　　二.ESD的种类和优劣势比较

类型	技术特征	原理	代表器件	优点	缺点
硅技术TVS/ESD器件	硅技术	PN结的反向击穿	TVS管	响应速度快钳位电压很低因本身不承受静电能量所以抗冲击次数较高具备防浪涌能力	单向性漏电流较大容值较高低容值产品价格较高
陶瓷电容ESD保护	陶瓷技术	氧化锌等压敏材料的特性	压敏电阻	稳定无极性价格极低	钳位电压较高漏电流较大容值较高低容值产品价格较高抗冲击次数低
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	无极性漏电流极低电容极低	钳位电压较高耐高温耐老化能力差
玻璃陶瓷ESD器件	玻璃陶瓷	利用特殊陶瓷材料的特定微观结构	玻璃陶瓷ESD器件	无极性；钳位电压与TVS相当；漏电流极低，相应速度快；耐高温，耐老化；抗冲击次数高。	触发电压稍高目前只有0603和0402封装应用领域受限制（洁净度高）

　　三.物联网接口，防ESD保护方案推荐

　　ESD

物联网接口名称	推荐ESD型号
CAN BUS总线	SMC24
RJ45（以太网百兆网，千兆网）	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高清视频接口	ULC0524P/ULC0568M
RF天线	LC05CI
SIM卡	SMS05C
I/O进出口总线	ESD5Z5V
模拟输入	LC05CI
音视频	SLVU2.8,LC03CI
WIEGAND	SRV05-4,LC05CI

　　1、CANBUS总线防雷放静电

　　作为ISO11898CAN标准的CANBus(ControLLerAreaNet-workBus)，是制造厂中连接现场设备(传感器、执行器、控制器等)、面向广播的串行总线系统，最初由美国通用汽车公司(GM)开发用于汽车工业，后日渐增多地出现在制造自动化行业中。

　　CAN总线防雷的要求非常高，需采用二级保护模式，确保数据安全，如下图方案：

　　2、以太网接口RJ45防雷放静电

　　为解决现有防雷保护电路效果较差、会影响信号传输质量等问题，本方案以太网接口防雷保护电路的各个输入侧端口处设有由气体放电管组成的第一级保护电路，在各个器件侧端口处设有主要由硅保护二极管组成的第二级保护电路，所述第一级保护电路的动作电压高于所述第二级保护电路的动作电压，在每一个器件侧端口与相应的输入侧端口之间串联有起退耦作用的限流器件。在第二级保护电路中可采用硅保护二极管与快恢复二极管串联，或将每两个硅保护二极管正端背靠背连接的方式以减小硅保护二极管的结电容所产生的影响;在第一级保护电路中可采用两极或三极气体放电管来实现共模及差模过电压保护。如图

　　使用该方案,可以使线路承受很大的浪涌，快速脉冲群，静电。

　　该方案采用三重保护模式，并使用低电容保护ESD。

　　可以达到ITU-TK.21的标准要求。

　　3、USB接口防雷防静电

　　USB3.0的增强版主要特性有：

　　-10Gbps数据传输率

　　-改进数据编码，提高数据传输效率，以获得更高的吞吐和I/O能效

　　-兼容现有USB3.0接口、数据线

　　-兼容现有USB3.0软件堆栈和设备级协议

　　-兼容现有USB3.0、USB2.0Hub、设备

　　在过去的一年里，USB3.0的接受度已经有了很大提升，市面上有720多款设备，比2011年多出了两倍，而对于微软，USB3.0更是SurfacePro的标准配置。针对USB3.0新标准的发布，英特尔和微软方面都表示了大力的支持和赞扬。虽然目前符合最新USB3.0标准的消费型电子设备还没有面世，但根据目前已经有的计划来看，用户享用到极速的USB3.0设备也不会太久了。

　　雷卯提供USB2.0，USB3.0静电保护方案如下：

　　保护2个USB接口，用一颗SRV05-4，低电容，5V产品

　　保护1个USB3.0接口，用一颗ULC0568M,超低电容，MSOP8封装

　　4、RS485/RS232低速数据防雷防静电

　　近期很多客户朋友问到RS-485单片机的ESD保护方案，并且为选择什么电压的ESD保护485芯片合适而烦恼。

　　雷卯工程师为此专门罗列统计并给出如下解决办法：

　　1.RS485芯片型号：SN65HVD3082E,SN75LBC184,SP3485,

　　如上RS485芯片型号，是客户朋友现成有在使用的。根据芯片的规格书中都提到：电压范围：-7V~12V，可以看出，保护这些

　　RS485最好选用专业的485保护芯片是SM712.

　　通过与工程师交谈，有的会用大功率TVS，比如P6KE6.8CA,这种选型很难起到保护作用，反而会有误动作，毕竟12V没到6.8V的TVS就可能会动作了。

　　雷卯的485芯片保护方案主推荐型号是：SM712，方案图如下：

　　5、HDMI高清视频接口

　　HDMI最高支持5GBPS的传输带宽，而HDTV仅需要2.2GBPS，还有很大的裕量留给将来可能的更高标准的数字视频信号。HDMI比DVI的改进是加入了版权保护HDCP内核(注：宽带数字内容加密保护)的同时增加了数字音频传输，从而成为专用的多媒体信息接口;HDMI支持1920*1080P高清晰数字信号，并支持DolbyDigital(杜比数码音效)/DTS(数码环绕音效)数字音频格式。HDMI可望成为未来的视频设备的标准接口。现在，美国FCC强制规定：HDMI接口必须加在与高清电视有关的电子产品上，例如高清电视机、有线机顶盒、DVD播放机等，欧洲、日本和韩国很快也会有类似的要求。

　　HDMI规范标准

　　HDMI的主要技术基础是DVI-HDTV，HDMI所增加的功能便是数字音频信号的传输，并且，在音频设备之间实现了基本控制数据的传输。为了增强其作为消费类影音产品接口的竞争力，HDMI采用了更小的接头，强化了对数字式高清晰度色差分量(Y/Cb/Cr)格式的支持，其性能以远远超过了IEA/CEA-861B标准所作为的规定。

　　HDMI的音频处理能力足可满足未来的需要，并且做到向后兼容，不仅可以传输我们已经熟知并且喜爱的杜比数码和DTS等经过压缩的多声道数字音频信号，也可以传输未经压缩的数字音频信号。在后一种情况下，HDMI所支持的声道数达8个之多，量化精度可达24位，采样频率高达192千赫。这些性能指标在进行高清晰度视频节目传送时也都可以同时达到。HDMI是利用数字视频信号的逆程消隐期间进行音频数据传输的，因此不会占用可用视频传输带宽，而且，完全向后兼容于：未将音频传输考虑在内的早期DVI产品。

　　HDMI高清接口专用保护器件ULC0524P

　　HDMI高清接口保护器件ULC0524P,适用于蓝光DVD,高清播放器,平板电脑,高清机顶盒等设备高清接口保护.

　　HDMI接口的ESD保护电路及解决方案ULC0524P，具有低电容和高保护能力，适合于高清晰多媒体接口HDMI和数字视频接口DVI产品。ULC0524P是瞬态电压抑制器(TVS)二极管阵列，具有IEC标准静电放电(ESD)、快速放电(EFT)和电缆放电事件(CDE)保护功能，从而可保护敏感器件，可用于保护最多四个高速数据线和一个电源线(Vcc)。

　　HDMI接口的ESD保护电路及解决方案

　　ULC0524P，具有低电容和高保护能力，适合于高清晰多媒体接口HDMI和数字视频接口DVI产品。

　　ULC0524P是瞬态电压抑制器(TVS)二极管阵列，具有IEC标准静电放电(ESD)、快速放电(EFT)和电缆放电事件(CDE)保护功能，从而可保护敏感器件，可用于保护最多四个高速数据线和一个电源线(Vcc)。

　　ULC0524P属于低电容保护器件系列，它采用一种专有工艺技术，频率高于2GHz时，零信号衰减的数据线路电容为0.3pF。该器件所提供的ESD保护可达IEC61000-4-2±15kV(空气)和±8kV(接触)及IEC61000-4-5(闪电)5A(8/20us)，EFT保护可达IEC61000-4-440A(5/50ns)。