Proč je nutné používat ochranné diody v komunikačních systémech?

一 Požadavky na charakteristiky a ochranu architektury komunikačního systému
Moderní komunikační systémy jsou založeny na mechanismech přenosu elektromagnetických vln, které pokrývají dvě hlavní kategorie: bezdrátová komunikace a kabelová komunikace. Bezdrátové systémy se spoléhají na atmosférické propagační signály, zatímco kabelové systémy přenášejí elektrické signály prostřednictvím kovových vodičů. Bez ohledu na přenosové médium musí přenos signálu procházet fázemi, jako je kódování zdroje, modulace, přenos kanálu, demodulace atd., A nakonec jsou informace obnoveny cílem. Během tohoto procesu může jakýkoli uzel v signálním odkazu, který zažívá přechodné šoky, vést k chybám dat nebo selhání zařízení.
Jako příklad, jeho komunikační vzdálenost může být příkladem 485 sběrnice, může dosáhnout 1200 metrů. Přenos na dlouhé vzdálenosti vede k útlumu signálu a elektromagnetické rušení superpozice, která snadno generuje přepětí. Když se na sběrnici vyskytují přepínače vyvolané bleskem nebo přepínací přepínače zařízení, bez ochranných opatření, přepětí přímo ovlivní linii signálu, což způsobí přerušení komunikace nebo poškození zařízení. Podobně, pokud je modul fotoelektrického konverze v komunikačním systému optických vláken podroben šoku ESD, jeho citlivá fotoelektrická zařízení mohou trvale selhat.
2, Elektrické charakteristiky a mechanismus ochrany ochranných diodů
Ochranná dioda je navržena na základě principu zenerové diody a její základní parametry zahrnují napětí s reverzním rozpadem (VBR), dynamický odpor (RDYN), napětí svorky (VC) atd. Za normálních pracovních podmínek, diody vykazují vysokou vlastností impedance a nemají žádný dopad na přenos signálu; Když přechodné přepětí překročí VBR, dioda rychle vstupuje do stavu nízké impedance a nasměruje energii přepětí na zem.
Jako příklad užívání ochranných diod ESD je jejich typická doba odezvy menší nebo rovná 1NS a mohou absorbovat přepěťovou energii 8/20 μs vlny. Když do systému vstupuje elektrostatický impuls, dioda rozděluje přepěťový proud k uzemnění prostřednictvím rozkladu lavického nebo mechanismu rozkladu zeneru, což zajišťuje, že napětí následujícího obvodu nepřesahuje napětí svorky. Například v řídicím systému airbagů mohou ochranné diody ESD uplatnit statické napětí v rámci 15 V, aby se chránila řídicí jednotka před poškozením.
3, Aplikační scénáře ochranných diod v komunikačních systémech
1. 485 Ochrana proti sběru
485 sběrnice je široce používána v oblasti průmyslové kontroly a její požadavky na ochranu pramení před dlouhými - přenosu vzdálenosti a přístupové vlastnosti více uzlů. Když se na sběrnici vyskytují blesky, přechodné napětí může dosáhnout několika tisíc voltů. Použití televizorů diod jako ochranných složek by jejich VBR mělo být vyšší než provozní napětí sběrnice (obvykle 5V) a RDYN by měla být dostatečně nízká (menší nebo rovná 1 Ω), aby se zajistilo účinné odklon proudu přepětí. Experimenty ukázaly, že po konfiguraci ochranných diod dokáže sběrnice vydržet přepěťové proudy 8/20 μs větší než nebo rovné 50A, což významně zlepšilo interferenční schopnost anti -.
2. ochrana komunikačních systémů z optických vláken
Fotodiody v modulech transceiveru optických vláken jsou extrémně citlivé na ESD a jejich rozkládací napětí je obvykle pod 30 V. Paralelem s diodami ochrany ESD na přijímacím konci lze statické napětí uplatňovat v bezpečném rozsahu. Například v komunikačním systému optických vláken 10 Gbps může použití diod ESD s kapacitací menší nebo rovné 0,5pf vyhnout zkreslení signálu a zároveň zajistit rychlost bitové chyby přenosu dat (BER) lepší než 10 ^ -12.
3. ochrana zařízení pro mobilní komunikace
Mobilní zařízení, jako jsou chytré telefony a tablety, často přicházejí do kontaktu s lidským tělem během každodenního používání, s pravděpodobností ESD až 30%. Nasazením diody ESD v klíčových uzlech, jako je RF Front - End a USB rozhraní, může být míra selhání zařízení účinně snížena. Testovací data ukazují, že po konfiguraci ochranných diod se imunita zařízení ESD zvýšila z ± 2 kV na ± 8 kV v souladu se standardem IEC 61000-4-2.
4, Optimalizace výběru a rozvržení ochranných diod
1. princip odpovídající parametry
Při výběru je nutné komplexně zvážit parametry, jako jsou VBR, RDYN, CT atd. Například ve vysoké - rychlostních signálních částech (jako je HDMI 2.1), měly by být vybrány diody ESD s CT menším nebo rovnou 0,3pf, aby se zabránilo útlumu signálu; Ve scénáři ochrany napájení je třeba vybrat diody TV s absorpční kapacitou přepětí větší nebo rovné 500 W.
2. strategie optimalizace rozvržení
V rozvržení PCB by ochranné diody měly být umístěny co nejblíže chráněnému zařízení, aby se zkrátila parazitická indukčnost. Například v návrhu ochrany rozhraní USB by měla být vzdálenost mezi diodami a kolíky rozhraní menší nebo rovná 5 mm a struktura „pozemní roviny“ by měla být použita ke snížení dopadu proudu ESD na signální vedení.
3. ověření spolehlivosti
Ověřeno podle standardů, jako je IEC 61000 - 4-5 TEST TEST a IEC 61000-4-2 ESD test, aby byla zajištěna účinnost ochrany. Například při návrhu ochrany napájení určité komunikační základní stanice byla přijata tříúrovňová ochrana (plynová vypouštěcí trubice+vaida vaidy+TVS), která úspěšně prošla testem přepěťového proudu o rozloze 8/20 μs větší než nebo rovna 20KA.
https://www.trrrsemicon.com/diode/smd/asmd;