電子通信產(chǎn)品在設(shè)計之初，就要事先考慮因ESD/Lightning引發(fā)損壞電子元器件的問題。由于從設(shè)計到終端客戶手中，通常會執(zhí)行靜電放電（ESD）和雷擊（Lightning）驗證，Lightning可能對芯片造成嚴重破壞，從而會給廠商帶來比較大的損失。因而，研發(fā)人員的設(shè)計對Lightning的等防護設(shè)計需要更加重視。

在一些學(xué)校、銀行特殊場所，為了保證所在環(huán)境師生的安全、記錄金融系統(tǒng)的實時畫面，絕大多數(shù)都會安裝IPC（IP Camera）設(shè)備。IPC是結(jié)合傳統(tǒng)攝像機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所產(chǎn)生的新一代攝像機，它可以將影像通過Internet傳到某一位置的遠端設(shè)備，且遠端用戶在不需要其它軟件的情況下，通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器即可實時監(jiān)控其影音；授權(quán)用戶還可以控制攝像機云臺鏡頭的動作和系統(tǒng)配置。IPC產(chǎn)品如果因ESD或Lightning的設(shè)計不佳，不僅影響設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品合格率，而且也造成終端客戶的使用感受，這些問題直接影響產(chǎn)品在市場的品牌形象和地位，所以ESD和Lightning防護設(shè)計是電子產(chǎn)品設(shè)計中不忽視的環(huán)節(jié)。

一、ESD會帶來哪些危害

摩爾于上世紀(jì)60年代發(fā)表的雜志中提出，隨著時間的推進半導(dǎo)體芯片上所集成的晶體管的數(shù)量以指數(shù)增長；我們所見的產(chǎn)品演變過程是最好的例子，比如電腦從臺式機演變成筆記本型電腦，手持大哥大也演變成6英寸的智能手機終端，不僅是個頭上的差異，而且功能和產(chǎn)品性能不知提升了多少；受益于先進的光刻設(shè)備帶動芯片制造行業(yè)，廠家可以在同等大小的晶圓上設(shè)計更多的晶體管。IC制程越先進，意味著晶體管極間的距離越小，當(dāng)然受ESD的抗擾度也會越弱。當(dāng)設(shè)備受到外界ESD脈沖的干擾，如果進入敏感電路則會引起設(shè)備出現(xiàn)信息讀取錯誤造成電路故障。

二、現(xiàn)有ESD防護方案中的不足

目前現(xiàn)有的ESD防護設(shè)計方案中，也存在其它不足。除了ESD的防護設(shè)計，也要注意EOS（Electrical Over Stress 電氣過應(yīng)力）；為了便于接線，室外IPC設(shè)備大多通過POE供電，其網(wǎng)絡(luò)和電源一同鋪設(shè)在網(wǎng)線槽中；戶外設(shè)備除了自然界的雷擊（Lightning）會造成EOS，市電的波動所形成EOS也會對設(shè)備產(chǎn)生影響。ESD和EOS的測試標(biāo)準(zhǔn)分別對應(yīng)IEC61000-4-2和IEC61000-4-5,相較于ESD的測試波形，EOS測試波形具有持續(xù)時間長、破壞能力強的特點（圖1），所以在同樣電壓條件下EOS對芯片的損壞更為嚴重，再者IPC設(shè)備大多數(shù)存在于戶外，這也是為什么IPC設(shè)計會模擬雷擊浪涌測試的原因。

圖1. ESD和EOS差異

三、LAN 口ESD和Lightning的防護

在IPC產(chǎn)品中LAN為常用性外設(shè)接口，選用TVS器件需要了解Lightning參數(shù)IPP (Peak Pulse Current) (tp=8/20ms)。針對RJ45二次側(cè)的TVS應(yīng)用，晶焱科技推出了AZ1513-04S針對Line-GND共模抑制方案，該產(chǎn)品為為SOT23-6L封裝，集成了4路的IO和1路電源的保護，同時具有ESD和EOS低鉗位電壓特點（圖3）；針對Line-Line 差模抑制方案，推出了SOT23-6L封裝產(chǎn)品AZ1603-02S，在PCB Layout時輕松匹配差分對的阻抗。10/100/1000M網(wǎng)絡(luò)的信號傳輸測試過程中，同樣對TVS器件的寄生電容要求極高，AZ1513-04S和AZ1603-02S超低寄生電容參數(shù)如附表1，兼顧不同IPC設(shè)備與主機間長纜線通信對于寄生容值的冗余要求。

圖2. LAN口防護方案

圖3. AZ1513-04S 浪涌和TLP測試

LAN口的防雷擊設(shè)計對PCB 布局要求非常高，除了滿足網(wǎng)絡(luò)變壓器一次側(cè)與二次側(cè)間的間距要求、差分對阻抗要求，在TVS的PCB Layout需要注意信號線走向先要經(jīng)過TVS，且線路越短越好，這樣，當(dāng)外界的ESD和EOS突波來臨時能更快速啟動TVS，以達到泄放電流的目的。 總結(jié)，通常IPC產(chǎn)品在網(wǎng)絡(luò)變壓器一次側(cè)會安裝大電流的防雷擊器件，但存在鉗位電壓太高的問題，其中一部分能量通過初級與次級的分布電容耦合到后級電路，從而造成產(chǎn)品損壞；當(dāng)差分線間形成差模電壓時，能量是會通過網(wǎng)絡(luò)變壓器的初級線圈耦合到次級，如不通過TVS泄放多余電流，會造成PHY芯片的損壞，網(wǎng)絡(luò)變壓器二次側(cè)的防護顯得更為重要。目前可以看到IPC廠商常規(guī)測試標(biāo)準(zhǔn)有±6kV CM（共模測試電壓） / ±3.5kV DM（差模測試電壓），模擬雷擊實驗以滿足產(chǎn)品在特定場所抵抗雷擊能力，降低環(huán)境因素造成的產(chǎn)品故，從而節(jié)約維修成本且更好的維護品牌口碑。

審核編輯黃昊宇

附表1