OPEN Alliance: правильное размещение защиты от электростатического разряда

Огромный объем автомобильной электроники в современных автомобилях резко увеличивает требования к передаче данных и объем полезной нагрузки в автомобильных сетях, пишет Лукас Дремер из Nexperia.

Чтобы сделать следующий шаг, нам нужен высокоскоростной автомобильный Ethernet с высокой пропускной способностью. А это означает, что необходимо установить правильную защиту от электростатического разряда, чтобы обеспечить безопасность и надежность во время вождения.

Поскольку технологии продолжают развиваться, автомобильная промышленность движется основными тенденциями электрификации, автономного вождения и совместной «подключенной» мобильности. Новые приложения и технологии значительно увеличивают объем полезных данных, которыми необходимо управлять и передавать в автомобиле, что повышает требования к пропускной способности. Таким образом, существующих протоколов, таких как LIN, CAN-FD и FlexRay, уже недостаточно в гетерогенной автомобильной сети.

Ожидается, что переход к иерархической однородной сети и зональной архитектуре, а также внедрение автомобильного Ethernet в качестве глобальной магистральной сети позволит снизить стоимость и вес кабелей. Он также поддерживает растущие требования к высокой скорости передачи данных, безопасности данных и гибкости. Однако это означает, что для обеспечения высокой устойчивости системы к электростатическому разряду необходимы дискретные устройства защиты от электростатического разряда, которые при этом отвечают последним требованиям, возникающим в связи с этими тенденциями.

В этой серии блогов мы сосредоточимся на новых требованиях и представим автомобильный Ethernet, а также спецификации OPEN Alliance для Ethernet 100 Мбит/с и 1 Гбит/с. Кроме того, мы обсудим важность и требования индивидуальных решений по защите от электростатического разряда.

Специальная группа по интересам (SIG) OPEN Alliance (One-Pair Ether-Net) — это некоммерческий альянс, включающий в основном представителей автомобильной промышленности и поставщиков технологий, которые сотрудничают в целях поощрения широкомасштабного внедрения сетей на базе Ethernet в качестве стандарта в автомобильных сетевых приложениях. Одной из ключевых целей является обеспечение возможности развертывания существующих спецификаций физического уровня IEEE 100BASE-T1/1000BASE-T1 с дополняющими их спецификациями по обеспечению соответствия и совместимости. Более того, компании-члены OPEN Alliance работают вместе над дальнейшим завершением экосистемы с требованиями и спецификациями испытаний для жгутов, переключателей, ЭБУ и дополнительных функций.

Дискретные устройства защиты от электростатического разряда играют решающую роль, когда речь идет о надежности на уровне системы, и необходимо учитывать новые требования. В предыдущих реализациях автомобильного Ethernet поставщики PHY рекомендовали при необходимости устанавливать дискретное устройство защиты от электростатического разряда между CMC и PHY. Если присмотреться к расположению устройств защиты от электростатического разряда в сети 100BASE-T1 MDI, предложенному OPEN Alliance, можно увидеть серьезные изменения.

Расположение устройства подавления ЭСР в интерфейсе 100BASE-T1 MDI, OPEN Alliance SIG (2020)

Если защита от электростатического разряда отсутствует или она расположена на физическом уровне, то мощность ударов электростатического разряда будет проходить через завершение CM, блок постоянного тока и CMC. Однако если устройство защиты от электростатического разряда размещено прямо на разъеме, оно защищает не только PHY, но также синфазный дроссель (CMC) и пассивные компоненты. В этом положении мощность ударов электростатического разряда может быть немедленно направлена ​​на землю, однако такое изменение топологии требует совершенно другой защиты от электростатического разряда.

Если защита от электростатического разряда на PHY должна иметь характеристики, соответствующие внутренней защите PHY, защита на разъеме должна соответствовать суровым условиям окружающей среды на кабеле. Например, кабели могут быть закорочены на источники напряжения, такие как автомобильный аккумулятор, и они подвергаются воздействию синфазных помех высокой мощности. Поэтому устройства защиты от электростатического разряда требуют триггерного напряжения электростатического разряда ≥ 100 В и, в дополнение к IEC61000-4-2 уровень 4, должны выдерживать минимум 1000 разрядов. Устройства защиты от электростатического разряда, обеспечивая улучшенное поведение, по-прежнему должны обеспечивать высокую целостность сигнала, что требует низкой паразитной емкости (менее 3,5 пФ).

В следующих статьях мы более подробно рассмотрим необходимые тесты, запрошенные OPEN Alliance, такие как измерения S-параметров в смешанном режиме, повреждение от электростатического разряда, измерение разрядного тока электростатического разряда и нежелательный эффект ограничения при помехоустойчивости к радиочастотам. Мы объясним результаты измерений, достигнутые с помощью эталонной проектной платы Nexperia, и подчеркнем влияние различных концепций устройств защиты от электростатического разряда.