โซลูชันการออกแบบสำหรับความสมบูรณ์ของสัญญาณ USB, HDMI และ RJ45

1. ภูมิหลังและความท้าทายในการออกแบบ

   ในอินเทอร์เฟซการสื่อสารความเร็วสูง เช่น USB, HDMI และ RJ45 เหตุการณ์การปล่อยประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) เป็นหนึ่งในภัยคุกคามที่สำคัญที่สุดต่อความน่าเชื่อถือ

ตามมาตรฐาน IEC 61000-4-2 กระแสไฟที่ปล่อยออกมาอาจสูงถึง ±8kV (สัมผัส) และ ±15kV (อากาศ)

หากไม่มีการป้องกันที่เหมาะสม แรงดันไฟกระชากชั่วขณะสามารถทำลายไอซีอินเทอร์เฟซได้ทันที ก่อให้เกิดข้อผิดพลาดของข้อมูล หรือทำให้อายุการใช้งานผลิตภัณฑ์สั้นลง

2. วัตถุประสงค์หลักในการออกแบบ

โซลูชันการป้องกัน ESD ที่เหมาะสมจะต้องมีความจุต่ำ ตอบสนองรวดเร็ว และแรงดันคล้ำป์ต่ำ — เพื่อปกป้องหลายสายพร้อมกัน โดยยังคงรักษาระดับคุณภาพของสัญญาณไว้ได้ในอัตราการส่งข้อมูลตั้งแต่ 480Mbps (USB2.0) ถึง 10Gbps (USB3.1, HDMI2.1)

3. พอร์ตโฟลิโอการป้องกัน ESD จาก JARON

JARON มีพอร์ตโฟลิโอผลิตภัณฑ์ป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ (ESD) ที่สมบูรณ์แบบ ซึ่งออกแบบมาสำหรับสายสัญญาณความเร็วสูง ครอบคลุมโครงสร้างอาร์เรย์แบบช่องเดียว สองช่อง และสี่ช่อง

พอร์ตการป้องกัน ESD จาก JARON มีความจุต่ำมาก (ต่ำสุดเพียง 0.3pF) และเวลาตอบสนองต่ำกว่าหนึ่งนาโนวินาที เหมาะสำหรับการป้องกัน USB3.1, HDMI2.1 และ Gigabit Ethernet

4. หลักการออกแบบสำหรับอินเตอร์เฟซความเร็วสูง

รักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณ

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าใช้อุปกรณ์ป้องกัน ESD ที่มีค่าความจุ ≤ 0.5pF และรักษาระดับอิมพีแดนซ์แบบต่างศูนย์อย่างสม่ำเสมอตลอดเส้นทางวงจร เพื่อหลีกเลี่ยงการสะท้อนและการบิดเบือนของสัญญาณ

ลดเส้นทางกลับให้สั้นที่สุด

ติดตั้งอุปกรณ์ป้องกัน ESD ใกล้กับขั้วต่อ (<5mm) และจัดเตรียมไวด์กราวด์หลายจุดเพื่อให้เส้นทางปล่อยประจุกลับทำงานได้อย่างรวดเร็ว

การจัดวางและสมมาตร

การจัดวางแบบสมมาตรและความยาวที่ตรงกันในคู่สายต่างศักย์ช่วยรักษาความแม่นยำของจังหวะเวลา และลดสัญญาณรบกวนในลิงก์ความเร็วสูง

5. ผลการตรวจสอบและทดสอบ

เงื่อนไขการทดสอบ:

มาตรฐานการทดสอบ ESD: IEC 61000-4-2 ±8kV การปล่อยประจุแบบสัมผัส

อัตราสัญญาณ: 10Gbps (HDMI 2.1)

อุปกรณ์: JARON ESD3V3D5U (SOD-923)

ด้วยชุดไดโอดป้องกันไฟกระชาก JARON แรงดันตกค้างลดลงจาก 54V เหลือ 12V ความผิดเพี้ยนของสัญญาณลดลง 71% และอัตราข้อผิดพลาดของบิทดีขึ้นถึง 1,000,000 เท่า — ยืนยันประสิทธิภาพการป้องกันไฟกระชากที่เหนือกว่าพร้อมการรักษาระดับสัญญาณอย่างสมบูรณ์

6. ตัวอย่างการประยุกต์ใช้งาน

อินเตอร์เฟซความเร็วสูง USB Type-C

ใช้ JARON ESD9L5V0ST สำหรับการป้องกันโหมดรบกวนร่วมแบบสี่ช่องทาง;

ทนต่อการคายประจุในอากาศได้ ±15 กิโลโวลต์;

แบนด์วิดท์ของสัญญาณรองรับได้สูงสุด 10 กิกะบิตต่อวินาที

อินเตอร์เฟซวิดีโอ HDMI 2.1

ใช้อาร์เรย์ ESD3V3D5U;

คาปาซิเตอร์เพียง 0.3 พิโคฟารัด ไม่ส่งผลต่อสัญญาณต่างระดับ TMDS;

ลดสัญญาณรบกวน EMI ได้ 16 เดซิเบล

อินเตอร์เฟซอีเทอร์เน็ต RJ45

ใช้ ESD5V0D3B;

โครงสร้างการป้องกันแบบสองทิศทาง รองรับระบบ PoE

ลดผลกระทบจากฟ้าผ่าและไฟกระชากจากไฟฟ้าสถิต

7. ตารางอ้างอิงการเลือกใช้งาน

8. มาตรฐานและความเข้ากันได้

ชิ้นส่วนป้องกันไฟฟ้าสถิตทุกชนิดของ JARON เป็นไปตามมาตรฐานสากล ได้แก่ IEC 61000-4-2 และ JEDEC A114 ซึ่งรับประกันความเข้ากันได้กับกระบวนการรับรองคุณสมบัติของผู้ผลิตอุปกรณ์รายใหญ่ทั่วโลก

9. คุณค่าทางวิศวกรรมและประโยชน์ด้านการออกแบบ

อุปกรณ์ ESD แบบความจุต่ำพิเศษของ JARON ให้การรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณความเร็วสูงพร้อมการป้องกันที่แข็งแกร่งระดับ ±15 กิโลโวลต์ — ช่วยลดพื้นที่ ต้นทุน และเวลาในการตรวจสอบรับรอง

10. สรุป

ในอินเทอร์เฟซการถ่ายโอนข้อมูลความเร็วสูง ไดโอด ESD แบบดั้งเดิมไม่สามารถให้ทั้งการป้องกันและความสมบูรณ์ของสัญญาณได้พร้อมกันอีกต่อไป

อาร์เรย์ ESD ความจุต่ำพิเศษของ JARON บรรลุสมดุลทางวิศวกรรมระหว่างการป้องกันและประสิทธิภาพ โดยอาศัยความเร็วในการตอบสนองสูงและผลกระทบเชิงพาหะต่ำมาก

มันถูกใช้อย่างแพร่หลายในดีไซน์อินเทอร์เฟซความเร็วสูง เช่น USB Type-C, HDMI, Ethernet และ DisplayPort จนกลายเป็นโซลูชันป้องกันมาตรฐานสำหรับอุปกรณ์การสื่อสารรุ่นต่อไป