Решения защиты от электростатического разряда и электрического перенапряжения ESD/EOS для маршрутизаторов Wi-Fi 6E

Институт инженеров электротехники и электроники IEEE в 2020 году в ответ на бурное развитие беспроводных сетей опубликовал последнюю версию Wi-Fi 6E. Являясь расширением Wi-Fi 6, Wi-Fi 6E помимо поддерживаемых ранее диапазонов 2,4 ГГц и 5 ГГц дополнительно охватывает диапазон 6 ГГц. Необходимость подобного расширения в основном обусловлена существующими помехами связи из-за загруженности полос частот в диапазонах 2,4 ГГц и 5 ГГц, связанной с большим разнообразием и широким спектром работающего в этих диапазонах беспроводного оборудования. В WiFi 6E диапазон 6 ГГц был добавлен для расширения возможностей связи, чтобы справиться с возникшими затруднениями. Wi-Fi 6E поддерживает 7 каналов с полосой пропускания до 160 МГц, обеспечивая при этом большее количество передач с большей скоростью. Максимальная скорость передачи была увеличена до 9,6 Гбит/с (с 6,9 Гбит/с для предыдущего Wi-Fi 5), чего более чем достаточно для обеспечения просмотра видео с высоким разрешением 4K и онлайн-игр по беспроводной сети благодаря гораздо более плавной потоковой передаче.

Следствием улучшения и обновления версии Wi-Fi является повышение производительности маршрутизатора. Маршрутизатор обычно имеет несколько внешних интерфейсов (LAN, USB), антенну Wi-Fi. Для локальной сети скорость передачи была улучшена с прежних 1 Гбит/с до 2,5/5 Гбит/с.

Маршрутизатор при расположении на открытом воздухе подвергается воздействию энергетических помех электрического перенапряжения EOS. При проектировании разработчикам необходимо выбирать элементы защиты TVS с большей устойчивостью к ESD/EOS, иначе система маршрутизатора будет уязвима к воздействию внешних энергетических помех EOS. Это особенно актуально для физического уровня LAN PHY. Так как высокоскоростная локальная сеть 2,5/5 Гбит/с неизбежно является более уязвимой по сравнению с аналогичной более медленной 1 Гбит/с, то в настоящее время становится верной тенденцией добавлять элемент защиты физического уровня от ESD/EOS при проектировании продукта .

Для защиты локальной сети существуют межлинейная защита (линия-линия) и защита линий относительно земли GND (линия-земля), как показано на рисунке 1

Рисунок 1. Рекомендуемые конфигурации TVS для межлинейной защиты и защиты линий относительно земли порта LAN.

Для защиты линий относительно земли в локальных сетях 2,5/5 Гбит/с рекомендуется использовать AZ1243-04F. Эта 4-канальная сборка TVS имеет типовое значение паразитной емкости ввода/вывода-GND 0,5 пФ, а устойчивость каждого канала к электростатическому разряду ESD достигает ±25 кВ для контактного разряда и ±27 кВ для разряда по воздуху. Параметром, который оказывает наибольшее влияние на производительность системы защиты, является напряжение ограничения, которое составляет всего 8,5 В при напряжении ESD 8 кВ.

Также для защиты линий относительно земли в локальных сетях 2,5/5 Гбит/с рекомендуется AZ5B0S-01F с очень низким типовым значением паразитной емкости 0,18 пФ. Это устройство защиты также характеризуется устойчивостью к пиковому току импульса 7A (8/20 мкс), эквивалентному воздействию молнии согласно IEC61000-4-5, при этом напряжение ограничения составляет 4 В.

Когда маршрутизатор подвергается тестированию на устойчивость к электростатическому разряду, вся система может выйти из строя при  чувствительности источника питания LAN PHY к этому электростатическому разряду. В таком случае для лучшей защиты от электростатического разряда TVS устанавливается на стороне питания LAN PHY. Обычно напряжение питания LAN PHY составляет 1,8/2,5 В. К применению предлагается широкий спектр решений защит от ESD/EOS, как показано в таблице 1.

В приложениях Wi-Fi элементы TVS рекомендуется включать в схему уже на стадии проектирования изделия. Это не только предотвращает возможные неудачи при прохождении теста ESD/EOS, но и для конечного продукта сокращает случаи поступлений в ремонт из-за повреждения от перенапряжения.

 

Таблица 1. Полный ассортимент решений защиты от ESD/EOS для маршрутизаторов Wi-Fi 6E.

Приложение	Партномер	Постоянное обратное напряжение, В	Корпус	Емкость, пФ	Напряжение ограничения ESD при 16A, В	Ipp (8/20 мкс), А
Питание	AZ6225-01F	2,5	DFN1006P2E	62,5	5	20
Питание	AZ6118-01F	1,8	DFN1006P2X	40	4,5	15
USB3.0	AZ1143-04F	3,3	DFN2510P10E	0,45	9	6
LAN 2.5/5G линия-земля	AZ1243-04F	3,3	DFN2510P10E	0,5	8,5	12
LAN 2.5/5G линия-линия	AZ5B0S-01F	2	DFN0603P2Y	0,18	5,5	7