Rozwiązania projektowe dla integralności sygnału USB, HDMI i RJ45

Kompleksowy przewodnik ochrony ESD dla interfejsów USB, HDMI i RJ45 z wykorzystaniem matryc JARON o ultra niskiej pojemności, zapewniający integralność sygnału oraz zgodność z normą ±15 kV.

1. Tło i wyzwania projektowe

W szybkich interfejsach komunikacyjnych, takich jak USB, HDMI i RJ45, wyładowania elektrostatyczne (ESD) stanowią jedno z najpoważniejszych zagrożeń niezawodności.

Zgodnie z normą IEC 61000-4-2, szczytowe wartości wyładowań mogą osiągać ±8 kV (kontakt) i ±15 kV (powietrze).

Bez odpowiedniej ochrony przebiegi impulsowe mogą natychmiast uszkodzić układy scalone interfejsu, powodować błędy danych lub skracać żywotność produktu.

2. Główne cele projektowe

Idealne rozwiązanie ochrony przed ESD musi charakteryzować się niską pojemnością, szybką reakcją i niskim napięciem klampowania — chroniąc wiele linii jednocześnie przy zachowaniu jakości sygnału dla szybkości transmisji od 480 Mbps (USB2.0) do 10 Gbps (USB3.1, HDMI2.1).

USB HDMI (3).png

3. Oferta ochrony przed ESD firmy JARON

JARON oferuje kompletną ofertę produktów ochrony ESD zaprojektowanych dla szybkich linii sygnałowych, obejmującą struktury pojedynczych, podwójnych i czterokanałowych układów.

Seria produktów	Typowy obudowa	Wartość pojemności (typowa)	Napięcie zaciskowe	Czas reakcji	Interfejsy zastosowania
ESD3V3D5U	SOD-923	0,3 pF	5V	<0,5 ns	USB 3.0 / HDMI 2.0
ESD5V0D3B	Sot-23	0,5 pF	6V	<0,8 ns	RJ45 / Ethernet
ESD9L5V0ST	SOT-563	0,4pF	5V	<0,5 ns	Type-C / DisplayPort

Portfel produktów ESD firmy JARON oferuje ultra niską pojemność (aż do 0,3pF) i czas reakcji poniżej nanosekundy, odpowiedni do ochrony USB3.1, HDMI2.1 oraz Gigabit Ethernet.

4. Zasady projektowania interfejsów szybkich

Zachowanie integralności sygnału

Upewnij się, że używane urządzenia ESD mają pojemność ≤ 0,5pF oraz zachowaj spójny impedancję różnicową na ścieżkach, aby uniknąć odbić i zniekształceń sygnału.

Minimalizacja ścieżki powrotnej

Umieść ochronę ESD jak najbliżej złącza (<5 mm odległości) i zapewnij wiele przelotek uziemiających dla szybkich ścieżek powrotnych rozładowania.

Układ i symetria

Symetryczne umieszczenie i dopasowanie długości w parach różnicowych zachowują dokładność czasu i zmniejszają drgania w szybkich połączeniach.

5. Wyniki weryfikacji i testów

Warunki testu:

Standard testu ESD: IEC 61000-4-2 ±8 kV, wyładowanie stykowe

Szybkość transmisji sygnału: 10 Gbps (HDMI 2.1)

Urządzenie: JARON ESD3V3D5U (SOD-923)

Projekt testu	Brak ochrony	Zastosowanie JARON ESD	Efekt ulepszenia
Pozostałe napięcie ESD	54V	12V	↓78%
Drgania diagramu oka sygnału	±52 ps	±15 ps	↓71%
BER (szybkość błędów bitów)	1×10⁻⁶	<1×10⁻¹²	Znacząca poprawa
Pik zakłóceń EMI	−24 dBµV	−41 dBµV	Poprawa o 17 dB

Dzięki układom JARON ESD napięcie resztkowe spadło z 54 V do 12 V, dżitter zmniejszył się o 71%, a szybkość błędów bitów poprawiła się milionkrotnie — potwierdzając doskonałą wydajność ESD przy pełnym zachowaniu sygnału.

6. Przykłady zastosowań

Interfejs wysokiej prędkości USB Type-C

Wykorzystuje JARON ESD9L5V0ST do czterokanałowej ochrony przeciwwspółosiowej;

Wytrzymuje wyładowanie powietrzne ±15 kV;

Szerokość pasma sygnału obsługuje do 10 Gbps.

Interfejs wideo HDMI 2.1

Wykorzystuje matrycę ESD3V3D5U;

Kondensatory mają tylko 0,3 pF, nie wpływają na sygnały różnicowe TMDS;

Redukcja zakłóceń EMI o 16 dB.

Interfejs Ethernet RJ45

Wykorzystuje ESD5V0D3B;

Dwukierunkowa struktura ochronna, kompatybilna z systemami PoE;

Ogranicza skutki wyładowań piorunowych i ładunków elektrostatycznych.

USB HDMI (2).png

7. Tabela referencyjna doboru

Typ interfejsu	Polecamy Model	Opakowanie	Cechy
USB 3.0 / 3.1	ESD3V3D5U	SOD-923	Ultra niska pojemność 0,3 pF
HDMI 2.1	ESD9L5V0ST	SOT-563	Szybki czas reakcji <0,5 ns
RJ45 / PoE	ESD5V0D3B	Sot-23	Ochrona dwukierunkowa, wysoka absorpcja energii

8. Standardy i zgodność

Numer standardu	Przykładowa treść	zgodne urządzenia
IEC 61000-4-2	Odporność na wyładowania elektrostatyczne	Pełna seria
IEC 61000-4-5	Test przepięciowy	ESD5V0D3B
IEC 61000-4-4	Odporność na zakłócenia impulsowe	ESD3V3D5U
JEDEC JESD22-A114	Ochrona na poziomie układu scalonego przed ESD	Seria array

Wszystkie komponenty JARON chroniące przed ESD spełniają międzynarodowe normy, w tym IEC 61000-4-2 oraz JEDEC A114, zapewniając zgodność z globalnymi procesami kwalifikacyjnymi OEM.

9. Wartość inżynieryjna i korzyści projektowe

Wymiary	Efekt ulepszenia
Integralność sygnału	Zwiększenie o 70%
Odporność na wyładowania elektrostatyczne (ESD)	Ulepszono do ±15 kV
Tłumienie EMI	Poprawa o 16–18 dB
Przestrzeń modułu	Oszczędzić 50%
Cykl weryfikacji	skrócenie o 60%

Urządzenia JARON o ekstremalnie niskiej pojemności zapewniają integralność sygnału wysokiej szybkości przy jednoczesnej silnej ochronie ±15 kV — minimalizując zajmowaną przestrzeń, koszt oraz czas walidacji.

10. wniosek

W interfejsach transmisji danych o wysokiej szybkości tradycyjne diody ESD nie są już w stanie jednocześnie zapewnić ochrony i integralności sygnału.

Szykowa matryca ESD firmy JARON o ekstremalnie niskiej pojemności osiąga równowagę inżynieryjną między ochroną a wydajnością dzięki wysokiej szybkości reakcji i bardzo niskim efektom pasożytniczym.

Został powszechnie wykorzystywany w projektach interfejsów wysokoprędkościowych, takich jak USB Type-C, HDMI, Ethernet i DisplayPort, stając się standardowym rozwiązaniem ochronnym dla urządzeń komunikacyjnych następnej generacji.

Poprzedni

Wysokowydajne induktory SMD do montażu powierzchniowego

Wszystkie aplikacje Następny

Projekt EMC silnika siedzenia i klapy bagażnika Wenzhou Shenghuabo