電子通信產品在設計之初，就要事先考慮因ESD/Lightning引發損壞電子元器件的問題。由于從設計到終端客戶手中，通常會執行靜電放電（ESD）和雷擊（Lightning）驗證，Lightning可能對芯片造成嚴重破壞，從而會給廠商帶來比較大的損失。因而，研發人員的設計對Lightning的等防護設計需要更加重視。

在一些學校、銀行特殊場所，為了保證所在環境師生的安全、記錄金融系統的實時畫面，絕大多數都會安裝IPC（IP Camera）設備。IPC是結合傳統攝像機與網絡技術所產生的新一代攝像機，它可以將影像通過Internet傳到某一位置的遠端設備，且遠端用戶在不需要其它軟件的情況下，通過網絡瀏覽器即可實時監控其影音；授權用戶還可以控制攝像機云臺鏡頭的動作和系統配置。IPC產品如果因ESD或Lightning的設計不佳，不僅影響設備生產企業的產品合格率，而且也造成終端客戶的使用感受，這些問題直接影響產品在市場的品牌形象和地位，所以ESD和Lightning防護設計是電子產品設計中不忽視的環節。

一、ESD會帶來哪些危害

摩爾于上世紀60年代發表的雜志中提出，隨著時間的推進半導體芯片上所集成的晶體管的數量以指數增長；我們所見的產品演變過程是最好的例子，比如電腦從臺式機演變成筆記本型電腦，手持大哥大也演變成6英寸的智能手機終端，不僅是個頭上的差異，而且功能和產品性能不知提升了多少；受益于先進的光刻設備帶動芯片制造行業，廠家可以在同等大小的晶圓上設計更多的晶體管。IC制程越先進，意味著晶體管極間的距離越小，當然受ESD的抗擾度也會越弱。當設備受到外界ESD脈沖的干擾，如果進入敏感電路則會引起設備出現信息讀取錯誤造成電路故障。

二、現有ESD防護方案中的不足

目前現有的ESD防護設計方案中，也存在其它不足。除了ESD的防護設計，也要注意EOS（Electrical Over Stress 電氣過應力）；為了便于接線，室外IPC設備大多通過POE供電，其網絡和電源一同鋪設在網線槽中；戶外設備除了自然界的雷擊（Lightning）會造成EOS，市電的波動所形成EOS也會對設備產生影響。ESD和EOS的測試標準分別對應IEC61000-4-2和IEC61000-4-5,相較于ESD的測試波形，EOS測試波形具有持續時間長、破壞能力強的特點（圖1），所以在同樣電壓條件下EOS對芯片的損壞更為嚴重，再者IPC設備大多數存在于戶外，這也是為什么IPC設計會模擬雷擊浪涌測試的原因。

圖1. ESD和EOS差異

三、LAN 口ESD和Lightning的防護

在IPC產品中LAN為常用性外設接口，選用TVS器件需要了解Lightning參數IPP (Peak Pulse Current) (tp=8/20ms)。針對RJ45二次側的TVS應用，晶焱科技推出了AZ1513-04S針對Line-GND共模抑制方案，該產品為為SOT23-6L封裝，集成了4路的IO和1路電源的保護，同時具有ESD和EOS低鉗位電壓特點（圖3）；針對Line-Line 差模抑制方案，推出了SOT23-6L封裝產品AZ1603-02S，在PCB Layout時輕松匹配差分對的阻抗。10/100/1000M網絡的信號傳輸測試過程中，同樣對TVS器件的寄生電容要求極高，AZ1513-04S和AZ1603-02S超低寄生電容參數如附表1，兼顧不同IPC設備與主機間長纜線通信對于寄生容值的冗余要求。

圖2. LAN口防護方案

圖3. AZ1513-04S 浪涌和TLP測試

LAN口的防雷擊設計對PCB 布局要求非常高，除了滿足網絡變壓器一次側與二次側間的間距要求、差分對阻抗要求，在TVS的PCB Layout需要注意信號線走向先要經過TVS，且線路越短越好，這樣，當外界的ESD和EOS突波來臨時能更快速啟動TVS，以達到泄放電流的目的。 總結，通常IPC產品在網絡變壓器一次側會安裝大電流的防雷擊器件，但存在鉗位電壓太高的問題，其中一部分能量通過初級與次級的分布電容耦合到后級電路，從而造成產品損壞；當差分線間形成差模電壓時，能量是會通過網絡變壓器的初級線圈耦合到次級，如不通過TVS泄放多余電流，會造成PHY芯片的損壞，網絡變壓器二次側的防護顯得更為重要。目前可以看到IPC廠商常規測試標準有±6kV CM（共模測試電壓） / ±3.5kV DM（差模測試電壓），模擬雷擊實驗以滿足產品在特定場所抵抗雷擊能力，降低環境因素造成的產品故，從而節約維修成本且更好的維護品牌口碑。

審核編輯黃昊宇

附表1