Automotive Ethernet ESD solution

随着科技的进步，汽车电子的信息娱乐系统及先进驾驶辅助系统ADAS（Advanced Driver Assistance System）、摄像机...等模块的功能越来越先进，这些应用对信号带宽、数据传输的速率及低延迟要求也相对提高。传统的CAN、CAN-FD…等车用网络已无法满足此高品质影音需求，而车用以太网(Automotive Ethernet)的传输速度已高达10/100/1000Mbps，恰巧可以满足此应用需要。本文会针对车用以太网的100 BASE-T1/1000BASE-T1 ESD/EOS防护方案进行讨论。 

 

Requirements from Open Alliance 

Open Alliance在车用以太网的设计建议为：Connector后端先放置ESD防护元件后再放置其他电子元件如Termination, Common choke、电容..等元件。其中因汽车内部车用以太网布线时，电缆线线材采用UTP(双绞线)的原因，使得传输线较容易受到外界的EMI干扰，导致信号线上有机会看到高达100V左右的电压，故规范里有定义ESD元件的trigger voltage ≥ 100V。

 

以下列出Open alliance在100/1000 Base-T1文件中针对ESD保护元件的规格需求: 

1. ESD元件的操作电压≥ 24 V。 

2. ESD元件是双向元件(Bi-directional )。 

3. ESD trigger voltage ≥ 100V。 

4. ESD元件单体的耐受能力须大于15kV (ISO 10605测试模块C = 150 pF，R = 330 ohm)。 

5. ESD元件必须能承受15kV (ISO 10605测试模块C = 150 pF，R = 330 ohm) ≥ 1000次。 

 

除了上述的ESD本身电性需求以外，Open Alliance也针对维持信号品质及ESD元件本身的保护效果有所要求。信号完整性方面，ESD元件的S参数Sdd11 (RL)，Sdd21 (IL)，Ssd21 (DCMR)在遭遇ESD前后不能超过规范范围。保护效果方面亦有制定当ESD事件发生后，经防护元件后的电流规格。由此可见，Open Alliance对ESD保护元件规格要求是非常严谨的。Automotive Ethernet ESD 防护电路示意图可参考图一。

 

 

图一、Automotive Ethernet ESD 防护电路示意图

 

 

 

ESD Solutions for Automotive Ethernet

晶焱科技在车用以太网的ESD保护推出双通道及单通道两种方案： 

方案一、双通道的ESD防护元件AZ9400-02S 

采用通用的SOT23-3L封装，AZ9400-02S 信号对地的寄生电容为0.9pF(Typ.)，较低的电容也能确保信号的完整性。ESD trigger voltage ≥ 100V，ESD单体耐受IEC61000-4-2(150pF/330ohm) 接触式放电±30 kV，可抗受IEC61000-4-5 Surge(8/20us) 2.4A的能量。而对ESD防护最重要的ESD Clamping voltage参数上，在16A(相当于IEC61000-4-2 ESD 8kV)时约为50V。 

 

方案二、单通道的ESD防护元件AZ9400-01F 

采用1mm*0.6mm (0402) DFN1006P2E的小型封装，信号对地的寄生电容为0.9pF(Typ.)，ESD trigger voltage同样 ≥ 100V，ESD单体耐受IEC61000-4-2(150pF/330ohm) 接触式放电±30 kV ，可抗受IEC61000-4-5 Surge(8/20us) 2.4A的能量，ESD Clamping voltage在16A(IEC61000-4-2 ESD 8kV)时约为46V。 

以上两种方案皆已通过AEC-Q101的车规认证，亦皆已取得符合Open Alliance 100BASE-T1及1000BASE-T1的报告，研发人员可以考量使用习惯及PCB空间大小完成静电防护设计。

 

总结 

汽车的应用环境相对严苛，车用电子系统如果没有做好ESD保护，模块有可能被ESD损坏或造成误动作，乘客有可能因而发生严重的交通安全意外，进而影响品牌形象，故ESD防护一直是汽车电子高度关注的课题。晶焱科技除不断开发车用防护元件及相关功能IC方案，亦经常与品牌车厂或Tier1进行深入交流，期望能提早满足车用产业的相关需求。