Por que é necessário usar diodos de proteção em sistemas de comunicação?

一, características e requisitos de proteção da arquitetura do sistema de comunicação
Os sistemas de comunicação modernos são baseados em mecanismos de transmissão de ondas eletromagnéticas, cobrindo duas categorias principais: comunicação sem fio e comunicação com fio. Os sistemas sem fio dependem de sinais de propagação atmosférica, enquanto os sistemas com fio transmitem sinais elétricos através de condutores de metal. Independentemente do meio de transmissão, a transmissão de sinal precisa passar por estágios como codificação de fonte, modulação, transmissão de canal, desmodulação etc. e, finalmente, as informações são restauradas pelo destino. Durante esse processo, qualquer nó no link de sinal que sofra choques transitórios pode resultar em erros de dados ou falhas do equipamento.
Assumindo o barramento 485 como exemplo, sua distância de comunicação pode atingir 1200 metros. A transmissão de longa distância leva à atenuação do sinal e à superposição de interferência eletromagnética, que gera facilmente sobretensão. Quando as surtos induzidos por raios ou os transientes do interruptor do dispositivo ocorrem no barramento, sem medidas de proteção, a sobretensão afeta diretamente a linha de sinal, causando interrupção da comunicação ou danos ao equipamento. Da mesma forma, se o módulo de conversão fotoelétrica no sistema de comunicação de fibra óptica for submetido a choque de ESD, seus dispositivos fotoelétricos sensíveis poderão falhar permanentemente.
2, características elétricas e mecanismo de proteção de diodos protetores
O diodo de proteção é projetado com base no princípio do diodo Zener, e seus parâmetros principais incluem tensão de ruptura reversa (VBR), resistência dinâmica (RDYN), tensão de grampo (VC), etc. Em condições normais de trabalho, diodos exibem características de alta impedância e não têm impacto na transmissão do sinal; Quando a sobretensão transitória excede a VBR, o diodo entra rapidamente em um estado de baixa impedância, direcionando a energia de sobretensão para o solo.
Tomando os diodos protetores de ESD como exemplo, seu tempo de resposta típico é menor ou igual a 1ns e eles podem absorver a energia de onda de 8/20 μ S da forma de onda. Quando um pulso eletrostático entra no sistema, o diodo divide a corrente de onda para aterrar -se por meio do mecanismo de quebra de avalanche ou zener, garantindo que a tensão do circuito subsequente não exceda a tensão do grampo. Por exemplo, no sistema de controle do airbag, os diodos protetores de ESD podem prender a tensão estática dentro de 15V para proteger a unidade de controle contra danos.
3, cenários de aplicação de diodos protetores em sistemas de comunicação
1. 485 Proteção do barramento
O barramento 485 é amplamente utilizado no campo do controle industrial e seus requisitos de proteção decorrem de características longas de transmissão de distância e acesso a vários nó. Quando as ondas de raios ocorrem no barramento, a tensão transitória pode atingir vários milhares de volts. Usando diodos de TVs como componentes de proteção, seu VBR deve ser maior que a tensão de operação do barramento (geralmente 5V), e o RDYN deve ser baixo o suficiente (menor ou igual a 1 Ω) para garantir um desvio efetivo da corrente de surto. As experiências mostraram que, após a configuração de diodos protetores, o barramento pode suportar correntes de surtos de 8/20 μ s maiores ou iguais a 50a, melhorando significativamente a capacidade de interferência anti -- do sistema.
2. Proteção de sistemas de comunicação de fibra óptica
Os fotodiodos nos módulos de transceptor de fibra óptica são extremamente sensíveis à ESD, e sua tensão de ruptura geralmente está abaixo de 30V. Ao paralelo a diodos de proteção de ESD na extremidade receptora, a tensão estática pode ser fixada em um intervalo seguro. Por exemplo, em um sistema de comunicação de fibra óptica de 10 Gbps, o uso de diodos ESD com uma capacitância menor ou igual a 0,5pf pode evitar a distorção do sinal, garantindo uma taxa de erro de transmissão de dados (BER) melhor que 10 ^ -12.
3. Proteção de dispositivos de comunicação móvel
Dispositivos móveis, como smartphones e tablets, freqüentemente entram em contato com o corpo humano durante o uso diário, com uma probabilidade de evento ESD de até 30%. Ao implantar diodos de proteção ESD em nós principais, como a frente de RF - final e interface USB, a taxa de falha do equipamento pode ser efetivamente reduzida. Os dados de teste mostram que, após a configuração de diodos protetores, a imunidade de ESD do equipamento aumentou de ± 2kV para ± 8kV, em conformidade com o padrão IEC 61000-4-2.
4, otimização de seleção e layout de diodos protetores
1. Princípio de correspondência de parâmetros
Ao selecionar, é necessário considerar de forma abrangente parâmetros como VBR, RDYN, CT, etc. Por exemplo, em linhas de sinal de velocidade -- (como HDMI 2.1), os diodos ESD com CT menor ou igual a 0,3pf devem ser selecionados para evitar a atenuação do sinal; No cenário de proteção de energia, os diodos das TVs com capacidade de absorção de surto maior ou igual a 500W precisam ser selecionados.
2. Estratégia de otimização de layout
No layout da PCB, os diodos de proteção devem ser colocados o mais próximo possível do dispositivo protegido para reduzir a indutância parasitária. Por exemplo, no design de proteção da interface USB, a distância entre diodos e pinos de interface deve ser menor ou igual a 5 mm, e uma estrutura de "plano do plano de aterramento" deve ser usada para reduzir o impacto da corrente de ESD nas linhas de sinal.
3. Verificação de confiabilidade
Verificado por padrões como IEC 61000 - 4-5 Teste de surto e teste IEC 61000-4-2 ESD para garantir a eficácia do esquema de proteção. Por exemplo, no projeto de proteção de energia de uma certa estação base de comunicação, foi adotada uma arquitetura de proteção de três níveis (tubo de descarga de gás+diodo de varistor+TVS), que passou com sucesso no teste de corrente de surto de 8/20 μ s maior ou igual a 20ka.
https://www.trrsemicon.com/diode/smd ({2a }diode/1n5817-w-1n5819w.html