上海雷卯：指纹识别静电保护方案

发布时间：2024-05-15 09:28
作者：AMEYA360
来源：上海雷卯
阅读量：380

　　人体是最大的静电载体，平时就带有上万伏的电压，秋冬干燥的季节，静电更易在人体上积累，指纹识别作为不可避免与人接触应用，静电防护显得十分重要。本方案采用单颗器件防护,节约空间， 保证信号完整性，满足IEC61000-4-2，等级4，接触放电20kV，空气放电20kV。

上海雷卯：指纹识别静电保护方案

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       在当今新能源汽车蓬勃发展的时代，充电桩作为电动汽车的“加油站”，其重要性不言而喻。然而，由于其复杂的电气环境和暴露于户外的特点，充电桩容易受到浪涌的影响。浪涌可能来自雷电、电网故障、大功率设备的启停等，对充电桩的电子设备和储能系统造成严重损害。因此，设计一套有效的浪涌保护方案是保障储能充电桩安全可靠运行的关键。　　一 、浪涌来源及危害　　充电桩浪涌来源主要有：　　1. 雷电：直接雷击或附近雷击产生的强大电磁场会在充电桩的线路上感应出高电压和大电流浪涌。　　2. 电网故障：如短路、开关操作、电网电压波动等，可能导致瞬时过电压。　　3. 设备启停：大功率设备(如电动机、变压器等)的启动和停止会引起线路中的电流和电压突变，产生浪涌。　　浪涌可能导致以下危害：　　1. 损坏充电桩的充电模块、控制单元、通信设备等，影响正常充电功能。　　2. 对储能系统中的电池管理系统(BMS)、电池组造成损害，降低电池寿命和性能。　　3. 引发火灾、爆炸等严重安全事故。　　给予以上原因，若不加以有效防护，将对充电桩及其连接的电动汽车造成严重损害。因此，制定一套科学合理的充电桩浪涌保护方案至关重要。　　二、保护方案设计原则　　1. 多层次防护：采用分级保护策略，从电源进线到设备端口，逐步降低浪涌能量和电压。　　2. 快速响应：保护器件应具有快速的响应时间，能够在浪涌出现的瞬间动作。　　3. 足够的通流容量：能够承受可能出现的最大浪涌电流，确保不被击穿。　　4. 低残压：在泄放浪涌电流后，应尽量降低输出端的残余电压，保护后端设备。　　三、具体保护措施　　首先，在充电桩的电源入口处，应安装高性能的浪涌保护器(SPD)。这类保护器通常由气体放电管GDT、压敏电阻MOV和大功率瞬态电压抑制二极管(TVS)等元件组成GDT够承受较大的浪涌电流，在浪涌来临时迅速导通，将大部分能量泄放至大地;MOV则具有较快的响应速度，能在微秒级时间内限制电压的上升;大功率TVS二极管则以其极快的响应速度(纳秒级)和精准的电压钳位能力，对残余的浪涌进行进一步抑制，确保后端电路的安全。　　这三类器件是充电桩防浪涌主要器件，也是上海雷卯的优势器件，GDT 和MOV 之前博客已介绍，此次主要介绍大功率蓝宝宝 BPSS。　　四、大功率 TVS 蓝宝宝　　通常指的是蓝宝宝浪涌抑制器，这是一款超大功率的 TVS 二极管(瞬态电压抑制二极管)。它具有超强的浪涌吸收能力和抑制电压能力，在实际应用中通常并接在电路中，既能解决雷击大浪涌问题，又能对静电起到超强的防护效果。　　其主要优势包括：　　·浪涌吸收能力强：最大 Ipp 可达到20KA。　　·系列全：例如有 1KA、2KA、3KA、6KA、10KA、16KA、20KA 等系列。　　·响应速度快(微秒级)，可保护设备免受损害。　　·漏电流lr小，减少发热。　　·具有低斜率电阻。　　·高效能耗，有助于降低能源成本。　　·有多种封装尺寸供选择。　　·支持极低电压。　　·稳定可靠、寿命更长、体积更小。　　五、充电桩选用TVS蓝宝宝型号
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　　雷卯型号全，能替代大量infineon型号。具体如下：　　应用于3.3V高速信号静电保护器件，infineon的ESD113-B1-02EL(DFN1006)和ESD113-B1-02ELS(DFN0603)，交期长，价格高。已经有很多客户选雷卯的 ULC0342CDNH(DFN1006)，ULC0321CDNH(DFN0603)，可以获得更好的价格和更快的交期，　　ULC0321CDNH带回扫 ，钳位电压Vc比ESD113-B1-02EL更低只有5.5V，并且IPP为6A，能很好的保护后级电路。　　我们可以参看下面列出的参数对比。　　判断ESD二极管是否可以替代需注意的几点：　　1.VRWM是否接近;　　2.抗静电能力是否接近;　　3.VBR是否接近　　4.IPP是否接近;　　5.CJ是否接近。　　ULC0342CDNH，ESD113-B1-02EL封装都是 DFN1006。　　ULC0342CDNH的 VRWM,VBR,CJ ESD(air,contact)参数都几乎同ESD113-B1-02EL一样，但IPP, Vc两个参数更优优于ESD113-B1-02EL。　　ULC0321CDNH，ESD113-B1-02ELS封装都是 DFN0603。　　ULC0321CDNH的VRWM,VBR,CJ ESD(air,contact)参数都几乎同ESD113-B1-02ELS一样，但IPP, Vc两个参数更优优于ESD113-B1-02ELS。　　ULC0342CDNH，ULC0321CDNH主要应用于:USB3.0,HDMI,DVI,显示接口，移动HDMI,MDDI,MIPI,SWP/NFC 保护。　　规格书主要部分展示如下：　　上海雷卯专业研发销售ESD TVS产品。我们致力于为客户提供高品质的ESD TVS产品，以保护电路免受静电干扰和电压波动的影响。我们的产品涵盖广泛的应用领域，包括电子、通讯、计算机、汽车、医疗等行业。我们拥有一支经验丰富的研发团队，能够根据客户需求提供个性化定制服务。我们的目标是成为全球领先的ESD TVS供应商之一，为客户提供最优质的解决方案和服务。
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　　什么是GMSL?它是做什么用的?它有什么优点?设计GMSL防静电有啥难度?带着这些疑问我们先了解下什么是GMSL。　　一.简述 GMSL　　GMSL(Gigabit Multimedia Serial Link)即千兆多媒体串行链路，是 Maxim 公司推出的一种高速串行接口，适用于音频、视频和控制信号的传输。　　通信介质支持同轴电缆以及屏蔽双绞线，使用50Ω同轴电缆或者100Ω屏蔽双绞线(STP)时，长度可达15米。其核心技术是串行器/解串器技术(SerDes)，首先通过串行器将并行数据流转为串行数据流，然后通过更高的频率进行传输，之后再通过解串器将接收到的串行数据流转换为并行数据流。　　GMSL 的意义在于解决了音频、视频和控制信号的高速传输问题。在此之前，大量数据传输通常采用并行总线增加带宽，但线束过多会增加成本、重量和 EMI 电磁干扰。当数据量达到一定量级后，并行总线的劣势显现，如难以和时钟同步、布线长度差异导致同步困难、信号线间相互干扰等，这是并行总线的技术瓶颈。而串行总线不存在信号线间干扰和同一时序问题，只需提高频率，且工业上一般使用差分信号传输，更能保证信号准确性，所以目前面对高数据流传输，串行总线被广泛采用。　　二. GMSL 应用场合　　GMSL 常见的应用场景包括以下几方面：　　1. 汽车电子领域：用于车载摄像头、显示屏等设备之间的高速数据传输，以支持高级驾驶辅助系统(ADAS)和车载信息娱乐系统。　　2. 工业自动化：在工厂自动化设备中，连接各类传感器、摄像头和控制单元，实现高速、可靠的数据通信。　　3. 安防监控系统：用于连接监控摄像头和监控中心的设备，确保高清视频信号的稳定传输。　　4. 医疗设备：例如在医疗成像设备中，实现图像数据的快速传输和处理。　　所以GMSL应用就在我们身边，这些应用场景都依赖于它能够提供的高速、低延迟和抗干扰的数据传输能力。　　三.GMSL 具有以下特点和优势　　高速率：目前基于 GMSL 架构的通信协议最高可实现单通道 6Gbps(GMSL2) 的速率。　　远距离：使用特定线缆时传输距离15米。　　抗干扰性强：串行传输方式及差分信号传输使其具有较强的抗干扰能力。　　GMSL 技术经历了较长的发展时间。第一代 GMSL 从 2003 年开始，最高支持 3Gbps 的传输速率，可传输 1080p/30fps(1 百万-3 百万像素)的视频流数据;2017 年之后出现的 GMSL2 代技术，传输带宽提升至 6Gbps，能轻松传输 4K/30fps(8 百万像素)的视频流数据。　　四.GMSL-POC设计　　GMSL-POC 是现在大家应用的比较多的一项技术，POC 则是指同轴电缆供电(Power Over Coaxial)，也就是在同轴线缆中除了传输 GMSL 串行数据外，还同时传输电源。　　在 GMSL 系统中使用 POC 技术具有一些优势，例如减少线缆数量、简化系统布线等。POC 电路设计的原则是通过多个电感构成宽频带滤波器，在低频时使 DC 直流电源顺利通过，在高频时具有足够大的阻抗以抑制正向通道数据(如摄像头采集的数据信号)及反向通道(控制信号)数据通过，防止信号泄露到直流电源端。同时采用电容隔离直流信号，耦合高速信号，以确保高速信号在要求的带宽区间内顺利通过。　　在实际应用中，为了确保 GMSL POC 系统的正常运行，需要合理配置相关的电阻、电感等元件，并根据具体的电压情况(如 5V 或 12V POC)进行调整。同时，要注意保护系统免受过压和过流等情况的影响。　　GMSL-POC系统设计框图如下：　　五. 关于GMSL静电保护　　1. 为什么需要增加静电保护器件?　　我们知道静电放电(ESD)是一种电荷的积累，静电可能会导致GMSL 相关的设备出现各种问题，例如功能失效、数据错误、甚至永久性损坏等。在一些对可靠性要求较高的应用场景中，如汽车电子系统，微小的静电脉冲都可能干扰或破坏数据的传输，影响整个系统的正常运行。具体来说，GMSL 常用于视频、音频和控制信号的传输，这些信号对干扰较为敏感。静电可能通过各种途径引入到系统中，例如人体接触、设备之间的摩擦、环境中的静电积累等。　　为了确保 GMSL 系统的稳定和可靠运行，采取静电保护措施是必要的。这些保护措施通常包括使用具有静电保护功能的芯片比如ESD二极管，如上图D1，D2，D3，D4。有的芯片内部有ESD保护，比如MAX96705就具有±8kV 接触放电 ESD 保护和±15kV 气隙放电保护，但这个量级的保护没有达到您的要求，所以需要外部增加一颗，文章后面的列表中列出的上海雷卯几款抗静电能力较强的ESD二极管，抗静电能力都高于芯片内部。有了外部ESD二极管的保护从而提升了系统的抗静电干扰能力，保证在存在一定静电环境的情况下，GMSL 设备仍能正常工作，可靠地传输数据　　2. ESD二极管的放置位置。　　按一般常理来说ESD二极管应该放置在连接器的接口处，但对于GMSL-POC系统ESD二极管放在靠近Serializer/Deserializer芯片管脚处更为合适，为什么?　　对于带有POC的GMSL系统 ,如果POC 供电电压是12V , ESD二极管的击穿电压必须高压12V ，POC才能正常工作，否则一上电ESD二极管处于击穿状态，POC无法正常供电。但如果所选二极管击穿电压高于12V , 当低于12V的静电引入后，Serializer/Deserializer芯片管脚容易被打坏，无法做到很好保护，因此把ESD二极管放在Serializer/Deserializer芯片管脚处是比较合适的。如果GMSL不使用POC , 可以选择把ESD二极管放在接口处。　　我们根据所选Serializer/Deserializer管脚电平，选择合适的ESD二极管做保护。　　3. 上海雷卯推出的几款GMSL 静电保护二极管
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　　方案优点：左右声道和MIC信号线上放ESD二极管保护后级芯片，再根据情况增加磁珠滤出杂讯，可以选择3.3V或5V ESD 二极管，可以保证信号完整性的同时，通过静电测试。 满足：IEC61000-4-2，接触放电 30kV，空气放电30kV，ISO10605-2等级4
2024-07-04 09:47 阅读量：214
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