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

Поставщики: Amazing Microelectronic Corp.
Группы товаров: Защитные диоды (ESD, TVS)
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 |
2,5 |
DFN1006P2E |
62,5 |
5 |
20 |
|
Питание |
1,8 |
DFN1006P2X |
40 |
4,5 |
15 |
|
USB3.0 |
3,3 |
DFN2510P10E |
0,45 |
9 |
6 |
|
LAN 2.5/5G линия-земля |
3,3 |
DFN2510P10E |
0,5 |
8,5 |
12 |
|
LAN 2.5/5G линия-линия |
2 |
DFN0603P2Y |
0,18 |
5,5 |
7 |