工業電腦 2.5Gbps網口ESD/EOS 防護方案

工業電腦(Industrial PC)相對於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。由於設計時會特別注意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，對於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。因其封裝特色的關係，在PCB layout時可採用順線直拉的方式，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。