Решения за дизайн на USB, HDMI и RJ45 за запазване цялостта на сигнала

1. Предистория и предизвикателства при проектирането

   При високоскоростни комуникационни интерфейси като USB, HDMI и RJ45 разрядите от статично електричество (ESD) са един от най-критичните заплахи за надеждността.

Според IEC 61000-4-2 пиковите разряди могат да достигнат ±8 kV (контакт) и ±15 kV (въздух).

Без подходяща защита преходните пренапрежения могат незабавно да повредят ИС на интерфейса, да причинят грешки в данните или да съкратят живота на продукта.

2. Основни цели при проектирането

Идеалното решение за ESD защита трябва да осигурява ниска капацитивност, бърз отклик и ниско напрежение на ограничаване – защитавайки множество линии, като същевременно запазва качеството на сигнала при скорости на предаване от 480 Mbps (USB 2.0) до 10 Gbps (USB 3.1, HDMI 2.1).

3. Портфолио за ESD защита на JARON

JARON предлага пълен портфолио от продукти за защита от статично електричество, проектирани за високоскоростни сигнали, включващи едноканални, двуканални и четириканални масивни структури.

Портфолиото на JARON за ЕСН предлага изключително ниска капацитетност (до 0,3 pF) и време за отклик под наносекунда, подходящо за защита на USB3.1, HDMI2.1 и Gigabit Ethernet.

4. Принципи на проектиране за високоскоростни интерфейси

Запазване целостта на сигнала

Уверете се, че се използват устройства за ЕСН с капацитет ≤ 0,5 pF и запазете постоянство на диференциалния импеданс по проводниците, за да се избегнат отражения и деформация на сигнала.

Минимизиране на обратния път

Поставете защитата от ЕСН близо до конектора (<5 mm разстояние) и осигурете множество заземяващи вии за бързи обратни пътища на разряд.

Разположение и симетрия

Симетричното разположение и съвпадане по дължина в диференциалните двойки запазват точността на синхронизацията и намаляват джитъра при високоскоростни връзки.

5. Валидация и тестови резултати

Условия за тест:

Стандарт за тест за електростатично разряд: IEC 61000-4-2 ±8kV контактно разреждане

Скорост на сигнала: 10 Gbps (HDMI 2.1)

Оборудване: JARON ESD3V3D5U (SOD-923)

С JARON ESD масиви остатъчното напрежение намалява от 54 V до 12 V, джитърът се намалява с 71 %, а скоростта на грешки в битовете се подобрява 1 000 000 пъти — което потвърждава превъзходната ESD производителност с пълно запазване на сигнала.

6. Примери за приложение

USB Type-C високоскоростен интерфейс

Използва JARON ESD9L5V0ST за четириканална защита срещу обща помеха;

Издръжливо на въздушни разряди ±15 kV;

Честотната лента на сигнала поддържа до 10 Gbps.

HDMI 2.1 видеоинтерфейс

Използва масив ESD3V3D5U;

Кондензаторите са само 0,3 pF и не влияят на диференциалните сигнали TMDS;

Намаляване на ЕМИ смущенията с 16 dB.

RJ45 Ethernet интерфейс

Използва ESD5V0D3B;

Двупосочно защитна структура, съвместима с PoE системи;

Подавя мълниен удари и електростатични пренапрежения.

7. Таблица за избор

8. Стандарти и съвместимост

Всички компоненти за защита от ЕСР на JARON отговарят на международни стандарти, включително IEC 61000-4-2 и JEDEC A114, което гарантира съвместимост с квалификационните процеси на глобални производители на оригинално оборудване.

9. Инженерна стойност и предимства в дизайна

Устройствата на JARON с ултра-ниска капацитивност осигуряват висока цялостност на сигнала с надеждна защита ±15 kV — минимизирайки пространството, разходите и времето за валидиране.

10. Заключение

При интерфейси за високоскоростна предаване на данни традиционните ESD диоди вече не могат едновременно да осигурят защита и цялостност на сигнала.

Масивът от ESD компоненти на JARON с ултра-ниска капацитивност постига инженерно равновесие между защита и производителност чрез висока скорост на отклик и изключително ниски паразитни ефекти.

Той е широко използван в проектирането на високоскоростни интерфейси като USB Type-C, HDMI, Ethernet и DisplayPort и е станал стандартно решение за защита на комуникационни устройства от следващото поколение.