Per què cal utilitzar díodes protectors en sistemes de comunicació?

一, Característiques i requisits de protecció de l’arquitectura del sistema de comunicació
Els sistemes de comunicació moderns es basen en mecanismes de transmissió d’ones electromagnètiques, que cobreixen dues grans categories: comunicació sense fils i comunicació per cable. Els sistemes sense fils es basen en senyals de propagació atmosfèrica, mentre que els sistemes per cable transmeten senyals elèctrics a través de conductors de metalls. Independentment del medi de transmissió, la transmissió del senyal ha de passar per etapes com la codificació de fonts, la modulació, la transmissió de canals, la demodulació, etc., i en definitiva la informació es restableix per la destinació. Durant aquest procés, qualsevol node de l’enllaç de senyal que experimenta xocs transitoris pot provocar errors de dades o fallades d’equips.
Prenent el bus 485 com a exemple, la seva distància de comunicació pot arribar als 1200 metres. La transmissió de llarga distància condueix a l’atenuació del senyal i a la superposició d’interferències electromagnètiques, que genera fàcilment la sobretensió. Quan els transitoris es produeixen a les pujades induïdes per un llamp o el canvi de dispositiu, sense mesures de protecció, la sobretensió afectarà directament la línia de senyal, provocant una interrupció de la comunicació o danys dels equips. De la mateixa manera, si el mòdul de conversió fotoelèctrica del sistema de comunicació de fibra òptica està sotmès a xoc ESD, els seus dispositius fotoelèctrics sensibles poden fallar definitivament.
2, Característiques elèctriques i mecanisme de protecció dels díodes protectors
El díode de protecció està dissenyat a partir del principi del díode zener, i els seus paràmetres nuclis inclouen la tensió d’interrupció inversa (VBR), la resistència dinàmica (RDYN), la tensió de la pinça (VC), etc. En condicions de treball normals, els díodes presenten característiques d’impedància elevades i no tenen cap impacte en la transmissió del senyal; Quan la sobretensió transitòria supera el VBR, el díode entra ràpidament en un estat de baixa impedància, dirigint l’energia de sobretensió a terra.
Prenent díodes de protecció ESD com a exemple, el seu temps de resposta típic és inferior o igual a 1NS, i poden absorbir una energia de sobretensió de 8/20 μ S forma d'ona. Quan un pols electrostàtic entra al sistema, el díode divideix el corrent de sobretensió a terra a través de la disminució de les allaus o el mecanisme de ruptura de zener, garantint que la tensió del circuit posterior no superi la tensió de la pinça. Per exemple, al sistema de control de les airbags, els díodes de protecció ESD poden subjectar la tensió estàtica dins de 15V per protegir la unitat de control dels danys.
3, escenaris d'aplicació de díodes protectors en sistemes de comunicació
1. 485 Protecció del bus
El bus 485 s’utilitza àmpliament en el camp del control industrial i els seus requisits de protecció provenen de la transmissió de distància - i de les característiques d’accés de nodes multi. Quan els raigs es produeixen al bus, la tensió transitòria pot arribar a diversos milers de volts. Utilitzant díodes de televisió com a components protectors, el seu VBR ha de ser superior a la tensió de funcionament del bus (normalment 5V), i Rdyn ha de ser prou baix (menys o igual a 1 Ω) per assegurar el desviament efectiu del corrent de sobretensió. Els experiments han demostrat que després de configurar díodes protectors, el bus pot suportar corrents de sobretensió de 8/20 μ s majors o iguals a 50A, millorant significativament la capacitat d’interferència anti - del sistema.
2. Protecció dels sistemes de comunicació de fibra òptica
Els fotodíodes en mòduls de transceptor de fibra òptica són extremadament sensibles a la ESD, i la seva tensió de desglossament se situa generalment per sota de 30V. En paral·lelitzar els díodes de protecció ESD a l'extrem receptor, la tensió estàtica es pot subjectar dins d'un rang segur. Per exemple, en un sistema de comunicació de fibra òptica de 10 Gbps, l’ús de díodes ESD amb una capacitança inferior o igual a 0,5pf pot evitar la distorsió del senyal alhora que s’assegura una velocitat d’error de bit de transmissió de dades (BER) millor que 10 ^ -12.
3. Protecció dels dispositius de comunicació mòbil
Els dispositius mòbils com telèfons intel·ligents i tauletes sovint entren en contacte amb el cos humà durant l’ús diari, amb una probabilitat d’esdeveniments ESD de fins a un 30%. Desplegant díodes de protecció ESD en nodes clau com RF Front - Interfície USB, la taxa de fallada de l'equip es pot reduir eficaçment. Les dades de prova mostren que després de configurar díodes protectors, la immunitat ESD dels equips va augmentar de ± 2kV a ± 8kV, en compliment de la norma IEC 61000-4-2.
4, Optimització de selecció i disseny de díodes protectors
1. Principi de concordança de paràmetres
Quan es selecciona, cal tenir en compte de forma exhaustiva paràmetres com VBR, RDYN, CT, etc. Per exemple, en les línies de senyal de velocitat altes - (com ara HDMI 2.1), els díodes ESD amb CT inferiors o iguals a 0,3pf haurien de seleccionar -se per evitar atenuació del senyal; En l'escenari de protecció d'energia, cal seleccionar els díodes TVS amb capacitat d'absorció de sobretensió superior o igual a 500W.
2. Estratègia d’optimització de disseny
En la disposició del PCB, els díodes protectors s’han de col·locar el més a prop possible del dispositiu protegit per escurçar la inductància paràsita. Per exemple, en el disseny de protecció de la interfície USB, la distància entre díodes i pins de la interfície hauria de ser inferior o igual a 5 mm, i s’hauria d’utilitzar una estructura de “recinte de pla de terra” per reduir l’impacte del corrent d’ESD a les línies de senyal.
3. Verificació de fiabilitat
Verificat per estàndards com IEC 61000 - 4-5 Prova de sobretensió i prova IEC 61000-4-2 ESD per assegurar l'efectivitat de l'esquema de protecció. Per exemple, en el disseny de protecció d’energia d’una determinada estació base de comunicació, es va adoptar una arquitectura de protecció de tres nivells (tub de descàrrega de gas+Varistor+TVS Diode), que va passar amb èxit la prova de 8/20 μ S de corrent de sobretensió superior o igual a 20ka.
https://www.trrsemicon.com/diode/smd (2