AMAZINGIC晶焱科技由原廠在大陸授權代理KOYUELEC光與電子0755-82574660，82542001提供工業電腦 2.5Gbps網口ESD/EOS 防護方案與應用

工業電腦(Industrial PC)相對于一般消費型電腦來說，架構上大致相同，CPU大都以X86(Intel以及AMD)為主。不過，因為工業電腦主要講求的是穩定性、相容性以及擴充性，因此在I/O端口的傳輸速度提升需求上會比消費型電腦來得緩慢。但因工業電腦所處的環境可能較一般消費型電腦惡劣(例如:工廠，鐵道，船舶…等)，所以會更加重視系統本身的可靠度、壽命、抗外在干擾能力。由于設計時會特別注意I/O端口ESD/Surge的保護，將更不容易因ESD/Surge而導致I/O端口故障。

在最近IPC主晶片的參考設計上，Ethernet端口的傳輸速度已由1Gbps升級至2.5Gbps，各工業電腦大廠在研發新項目時，也開始以Ethernet 2.5Gbps作為標準設計，在測試ESD或是Surge時，相對也較常因2.5Gbps晶片對ESD/Surge較為敏感而遇到測試無法通過的問題，本文將介紹Ethernet 2.5Gbps的ESD/Surge完整防護對策。

Ethernet 2.5Gbps 主要是由四組Differential Pairs訊號所組成，一組Differential Pair訊號傳輸速度約625Mbps，故ESD/Surge保護元件的電容值也相對的不能太高，以避免因此導致訊號異常。進行Ethernet Surge測試時有Common mode(線對地)以及Differential mode(線對線)兩種模式，對于Common mode ESD/Surge測試模式而言，推薦使用四通道的TVS Array防護元件，建議的方案為DFN2510P10E封裝的AZ1213-04F。因其封裝特色的關系，在PCB layout時可采用順線直拉的方式，在設計上極其方便。 AZ1213-04F 訊號對地的寄生電容為2.1pF(Typ.)，可抗受IEC61000-4-5 Surge(8/20μs) 20A的能量。在Surge(8/20μs) 20A時的Surge clamping voltage約為7.5V，而ESD Clamping voltage 在16A(ESD=8kV)時約為6.5V 。請參考圖1. AZ1213-04F的Surge clamping voltage 及TLP I-V特性曲線。

圖1 . AZ1213-04F的Surge clamping voltage 及TLP I-V特性曲線

Differential mode(線對線)的Surge防護元件，則建議可使用DFN0603P2Y(0201)封裝的AZ5B0S-01F，寄生電容為0.18pF(Typ.)，可抗受IEC61000-4-5 Surge (8/20μs) 7A的能量。在Surge(8/20μs) 7A時的Surge clamping voltage約為4V，請參考圖2. AZ5B0S-01F的Surge clamping voltage I-V特性曲線。

圖2. AZ5B0S-01F的 Surge clamping voltage I-V特性曲線

Differential mode的Surge防護元件除了前述AZ5B0S-01F之外，亦有推出DFN1006P2E(0402)封裝的防護元件AZ522S-01F，寄生電容為0.2pF(Typ.)，可抗受IEC61000-4-5 Surge (8/20μs) 6.5A的能量。在Surge(8/20μs) 6.5A時的Surge clamping voltage約為5V，請參考圖3. AZ522S-01F的Surge clamping voltage I-V特性曲線。

圖3. AZ522S-01F的 Surge clamping voltage I-V特性曲線

除了Common mode(線對地)以及Differential mode(線對線)的防護元件，在系統進行ESD及Surge的測試時，亦時常見到能量耦合至LED控制訊號，而導致LAN PHY損壞的問題。故在LAN LED控制訊號線的防護也相對的重要，建議可先預留防護元件在LED的控制訊號線上，2.5Gbps Ethernet 的完整保護線路請參考圖4。

圖4. 2.5Gbps Ethernet ESD/EOS保護線路

如前文所提到，因工業電腦可能在較為惡劣的環境使用，故建議在系統電路設計初期時，可將ESD/Surge的防護先考量進去，讓2.5Gbps Ethernet端口的耐受更加強壯，以避免網口在市場端因ESD/Surge而導致功能失效的問題發生。

審核編輯 黃宇