Návrhové riešenia pre integritu signálu USB, HDMI a RJ45

1. Pozadie a návrhové výzvy

   Pri vysokorýchlostných komunikačných rozhraniach, ako sú USB, HDMI a RJ45, sú elektrostatické výboje (ESD) jednou z najzávažnejších hrozieb spoľahlivosti.

Podľa normy IEC 61000-4-2 môžu výboje dosiahnuť ±8 kV (priamy kontakt) a ±15 kV (vzduchový výboj).

Bez primeranej ochrany môžu dočasné prepätia okamžite poškodiť rozhranové integrované obvody, spôsobiť chyby v dátach alebo skrátiť životnosť výrobku.

2. Kľúčové ciele návrhu

Ideálne riešenie ochrany pred ESD musí dosiahnuť nízku kapacitu, rýchlu odozvu a nízke zalamovacie napätie – chrániť viacero vodičov a zároveň zachovať kvalitu signálu pri prenosových rýchlostiach od 480 Mbps (USB2.0) až po 10 Gbps (USB3.1, HDMI2.1).

3. Portfólio ochrany pred ESD od JARON

JARON ponúka kompletný portfólium produktov na ochranu pred ESD, navrhnutých pre vysokorýchlostné signálne linky, vrátane jednokanálových, dvojkanálových a štvorkanálových polohových štruktúr.

Portfólio ESD od JARON ponúka extrémne nízku kapacitu (až 0,3 pF) a dobu odozvy pod nanosekundu, vhodnú na ochranu rozhraní USB3.1, HDMI2.1 a Gigabit Ethernet.

4. Zásady návrhu pre vysokorýchlostné rozhrania

Zachovanie integrity signálu

Použite ESD zariadenia s kapacitou ≤ 0,5 pF a zachovajte konzistentnú diferenciálnu impedanciu na spojoch, aby sa predišlo odrazom a skresleniu signálu.

Minimalizácia spätného chodníka

Umiestnite ESD ochranu čo najbližšie k konektoru (<5 mm) a zabezpečte viaceré zemnacie prechody pre rýchle spätné vedenie vybíjacej cesty.

Rozloženie a symetria

Symetrické umiestnenie a zhoda dĺžky v diferenciálnych pároch zachovávajú presnosť časovania a znižujú jitter pri vysokorýchlostných spojeniach.

5. Overenie a testovacie výsledky

Testovacie podmienky:

Štandard testu ESD: IEC 61000-4-2 ±8 kV kontaktne vybíjanie

Rýchlosť signálu: 10 Gbps (HDMI 2.1)

Zariadenie: JARON ESD3V3D5U (SOD-923)

Použitím JARON ESD polí kleslo zvyškové napätie z 54 V na 12 V, jitter sa znížil o 71 % a bitová chybovosť sa zlepšila miliónkrát — čo potvrdzuje vynikajúci výkon ESD s plným zachovaním signálu.

6. Príklady aplikácií

USB Type-C High-Speed rozhranie

Využíva JARON ESD9L5V0ST pre štvorkanálovú ochranu voči spoločnému režimu;

Odoláva ±15 kV výbojom do vzduchu;

Šírka pásma signálu podporuje až 10 Gbps.

HDMI 2.1 Video rozhranie

Využíva polovicu ESD3V3D5U;

Kapacita kondenzátorov je len 0,3 pF, neovplyvňuje diferenciálne signály TMDS;

Zníženie elektromagnetického rušenia (EMI) o 16 dB.

RJ45 Ethernet rozhranie

Využíva ESD5V0D3B;

Obousmerná ochranná štruktúra, kompatibilná so systémami PoE;

Potláča údery blesku a elektrostatické prepätia.

7. Referenčná tabuľka výberu

8. Normy a kompatibilita

Všetky komponenty JARON ESD spĺňajú medzinárodné štandardy, vrátane IEC 61000-4-2 a JEDEC A114, čo zabezpečuje kompatibilitu s globálnymi procesmi kvalifikácie OEM.

9. Inžinierska hodnota a výhody dizajnu

ESD zariadenia JARON s ultra nízkou kapacitou poskytujú integritu vysokorýchlostných signálov pri robustnej ochrane ±15 kV – minimalizujú priestor, náklady a čas validácie.

10. Záver

V rozhraniach pre vysokorýchlostné prenosy dát už tradičné ESD diódy nedokážu súčasne zabezpečiť ochranu aj integritu signálu.

JARONovo pole ESD s extrémne nízkou kapacitou dosahuje inžiniersku rovnováhu medzi ochranou a výkonom vďaka vysokému rýchlemu odozve a extrémne nízkym parazitným vplyvom.

Našlo široké uplatnenie v návrhoch vysokorýchlostných rozhraní, ako sú USB Type-C, HDMI, Ethernet a DisplayPort, a stalo sa štandardným riešením ochrany pre komunikačné zariadenia novej generácie.