OPEN Alliance: Erhalten Sie die richtige Platzierung des ESD-Schutzes

Die schiere Menge an Automobilelektronik in heutigen Autos treibt den Übertragungsbedarf und die Datennutzlast in Automobilnetzwerken dramatisch in die Höhe, schreibt Lukas Droemer von Nexperia.

Um den nächsten Schritt zu machen, brauchen wir schnelles Automotive-Ethernet mit hoher Bandbreite. Und das bedeutet, den richtigen ESD-Schutz anzubringen, um sicherzustellen, dass es während der Fahrt sicher und geschützt ist.

Während sich die Technologie weiterentwickelt, wird die Automobilindustrie von den großen Trends der Elektrifizierung, des autonomen Fahrens und der gemeinsamen „vernetzten“ Mobilität angetrieben. Neue Anwendungen und Technologien haben und werden die Datennutzlast, die im Auto verwaltet und übertragen werden muss, deutlich erhöhen und damit den Bandbreitenbedarf in die Höhe treiben. Daher reichen bestehende Protokolle wie LIN, CAN-FD und FlexRay in einem heterogenen Fahrzeugnetzwerk nicht mehr aus.

Durch die Umstellung des Kabelbaums auf ein hierarchisches homogenes Netzwerk und eine zonale Architektur sowie die Implementierung von Automotive Ethernet als globales Rückgrat wird eine Reduzierung der Kosten und des Kabelgewichts erwartet. Es unterstützt auch steigende Anforderungen an hohe Datenraten, Datensicherheit und Flexibilität. Dies bedeutet jedoch, dass diskrete ESD-Schutzgeräte für eine hohe ESD-Robustheit auf Systemebene erforderlich sind und dennoch die neuesten Anforderungen erfüllen, die sich aus diesen Trends ergeben.

In dieser Blogreihe konzentrieren wir uns auf die neuen Anforderungen und stellen Automotive Ethernet und die Spezifikationen der OPEN Alliance für 100 Mbit/s und 1Gbit/s Ethernet vor. Darüber hinaus besprechen wir die Bedeutung und Anforderungen maßgeschneiderter ESD-Schutzlösungen.

Die OPEN Alliance (One-Pair Ether-Net) Special Interest Group (SIG) ist eine gemeinnützige Allianz hauptsächlich aus der Automobilindustrie und Technologieanbietern, die zusammenarbeiten, um die weitreichende Einführung von Ethernet-basierten Netzwerken als Standard in Automobil-Netzwerkanwendungen zu fördern. Ein wichtiges Ziel besteht darin, die Bereitstellung der bestehenden physikalischen Schichtspezifikationen IEEE 100BASE-T1 / 1000BASE-T1 mit ergänzenden Spezifikationen für Konformität und Interoperabilität zu ermöglichen. Darüber hinaus arbeiten die Mitgliedsunternehmen der OPEN Alliance zusammen, um das Ökosystem mit Anforderungs- und Testspezifikationen für Kabelbäume, Schalter, Steuergeräte und zusätzliche Funktionalitäten weiter zu vervollständigen.

Diskrete ESD-Schutzgeräte spielen eine entscheidende Rolle, wenn es um die Robustheit auf Systemebene geht und neue Anforderungen berücksichtigt werden müssen. Bei früheren Automotive-Ethernet-Implementierungen empfahlen PHY-Anbieter, bei Bedarf ein diskretes ESD-Schutzgerät zwischen dem CMC und dem PHY zu platzieren. Bei näherer Betrachtung der von der OPEN Alliance vorgeschlagenen Anordnung von ESD-Schutzgeräten innerhalb des 100BASE-T1 MDI-Netzwerks ist eine wesentliche Änderung erkennbar.

Anordnung des ESD-Unterdrückungsgeräts innerhalb der 100BASE-T1 MDI-Schnittstelle, OPEN Alliance SIG (2020)

Wenn entweder kein ESD-Schutz vorhanden ist oder dieser sich am PHY befindet, würde die Kraft der ESD-Einschläge den CM-Abschluss, den DC-Block und den CMC passieren. Wenn das ESD-Schutzgerät jedoch direkt am Stecker platziert wird, schützt es nicht nur den PHY, sondern auch die Gleichtaktdrossel (CMC) und die passiven Komponenten. An dieser Position kann die Kraft von ESD-Einschlägen sofort zur Erde geleitet werden, diese Änderung der Topologie erfordert jedoch einen völlig anderen ESD-Schutz.

Während der ESD-Schutz am PHY eine zum internen Schutz des PHY passende Eigenschaft aufweisen muss, muss der Schutz am Stecker der rauen Umgebung am Kabel entsprechen. Kabel können beispielsweise mit Spannungsquellen wie der Autobatterie kurzgeschlossen sein und sind hohen Gleichtaktstörungen ausgesetzt. Daher benötigen die ESD-Schutzgeräte eine ESD-Auslösespannung ≥ 100 V und müssen zusätzlich zu IEC61000-4-2 Level 4 mindestens 1000 Entladungen standhalten. Obwohl sie ein verbessertes Verhalten bieten, müssen ESD-Schutzgeräte dennoch eine hohe Signalintegrität bieten, was eine niedrige parasitäre Kapazität (weniger als 3,5 pF) erfordert.

In den nächsten Artikeln werden wir einen genaueren Blick auf die von der OPEN Alliance geforderten erforderlichen Tests werfen, wie z. B. Mixed-Mode-S-Parameter-Messungen, Schäden durch ESD, ESD-Entladungsstrommessungen und unerwünschte Klemmeffekte bei der HF-Immunität. Wir erläutern die Messungen, die wir mit dem Nexperia Reference Design Board erzielt haben, und beleuchten die Wirkung verschiedener ESD-Schutzgerätekonzepte.

Detaillierte Informationen zu den 100/1000BASE-T1-Ethernet-Produkten von Nexperia, einschließlich parametrischer Suche und Querverweisen, finden Sie hier: www.nexperia.com/ethernet

Lukas Droemer kam als vom Unternehmen geförderter B.Sc. zu Nexperia. Student für Wirtschaftsingenieurwesen im Jahr 2014. Seit April 2018 ist er verantwortlicher Produktmanager für das Automotive-ESD-Schutz- und Filterportfolio von Nexperia, einschließlich der neuesten Lösungen für Automotive-In-Vehicle-Netzwerke wie OPEN Alliance Ethernet.