OPEN Alliance: Obtenha o posicionamento certo de proteção ESD

O grande volume de eletrônicos automotivos nos carros de hoje está aumentando dramaticamente os requisitos de transmissão e carga útil de dados em redes automotivas, escreve Lukas Droemer da Nexperia.

Para dar o próximo passo, precisamos de Ethernet automotiva de alta velocidade e largura de banda. E isso significa obter a proteção ESD certa para garantir que ela seja segura e protegida enquanto dirigimos.

À medida que a tecnologia continua a evoluir, a indústria automotiva é impulsionada pelas principais tendências de eletrificação, direção autônoma e mobilidade 'conectada' compartilhada. Novas aplicações e tecnologias aumentaram e continuarão a aumentar significativamente a carga útil de dados que precisa ser gerenciada e transmitida no carro, elevando os requisitos de largura de banda. Portanto, os protocolos existentes, como LIN, CAN-FD e FlexRay, não são mais suficientes em uma rede heterogênea dentro do veículo.

Espera-se que a alteração do chicote elétrico para uma rede homogênea hierárquica e arquitetura zonal e a implementação da Automotive Ethernet como o backbone global reduzam o custo e o peso do cabeamento. Ele também suporta demandas crescentes de altas taxas de dados, segurança de dados e flexibilidade. No entanto, isso significa que dispositivos discretos de proteção ESD são necessários para a robustez ESD de alto nível do sistema e, ainda assim, atendem aos requisitos mais recentes que surgem com essas tendências.

Nesta série de blogs, vamos nos concentrar nos novos requisitos e apresentar a Ethernet automotiva e as especificações da OPEN Alliance para Ethernet de 100 Mbit/s e 1 Gbit/s. Além disso, discutiremos a importância e os requisitos de soluções personalizadas de proteção ESD.

O Grupo de Interesse Especial (SIG) da OPEN Alliance (One-Pair Ether-Net) é uma aliança sem fins lucrativos da indústria automotiva e provedores de tecnologia que colaboram para incentivar a adoção em larga escala de redes baseadas em Ethernet como padrão em aplicativos de rede automotiva. Um dos principais objetivos é permitir a implantação das especificações de camada física IEEE 100BASE-T1 / 1000BASE-T1 existentes com especificações complementares para conformidade e interoperabilidade. Além disso, as empresas membros da OPEN Alliance trabalham juntas para completar ainda mais o ecossistema com requisitos e especificações de teste para chicotes, interruptores, ECUs e funcionalidades adicionais.

Dispositivos discretos de proteção ESD assumem um papel crucial quando se trata de robustez no nível do sistema e novos requisitos precisam ser considerados. Em implementações de Ethernet automotiva anteriores, os fornecedores de PHY recomendavam colocar um dispositivo de proteção ESD discreto entre o CMC e o PHY, se necessário. Ao observar mais de perto o arranjo dos dispositivos de proteção ESD dentro da rede 100BASE-T1 MDI proposta pela OPEN Alliance, uma grande mudança pode ser vista.

Arranjo do dispositivo de supressão ESD dentro da interface 100BASE-T1 MDI, OPEN Alliance SIG (2020)

Quando não há proteção ESD ou está localizada no PHY, então o poder dos ataques ESD passaria pela terminação CM, bloco DC e CMC. Se, no entanto, o dispositivo de proteção ESD for colocado diretamente no conector, ele não apenas protegerá o PHY, mas também o indutor de modo comum (CMC) e os passivos. Nesta posição, o poder dos ataques ESD pode ser direcionado imediatamente para o solo, no entanto, esta mudança na topologia requer uma proteção ESD completamente diferente.

Onde a proteção ESD no PHY precisa ter uma característica compatível com a proteção interna do PHY, a proteção no conector deve estar em conformidade com o ambiente hostil do cabo. Por exemplo, os cabos podem estar em curto com fontes de tensão, como a bateria do carro, e são expostos a ruído de modo comum de alta potência. Portanto, os dispositivos de proteção ESD requerem uma tensão de disparo ESD ≥ 100 V e, além da IEC61000-4-2 nível 4, devem suportar um mínimo de 1000 descargas. Embora ofereçam um comportamento aprimorado, os dispositivos de proteção ESD ainda devem oferecer uma alta integridade de sinal que requer uma baixa capacitância parasita (menos de 3,5 pF).

Nos próximos artigos, examinaremos mais de perto os testes exigidos pela OPEN Alliance, como medições de parâmetro S de modo misto, dano por ESD, medição de corrente de descarga ESD e efeito de fixação indesejado na imunidade de RF. Explicaremos as medições que alcançamos com o Nexperia Reference Design Board e destacaremos o efeito de diferentes conceitos de dispositivo de proteção ESD.