OPEN Alliance: ottieni il giusto posizionamento di protezione ESD

L'enorme volume di elettronica automobilistica nelle auto di oggi sta aumentando drasticamente i requisiti di trasmissione e il carico utile dei dati sulle reti automobilistiche, scrive Lukas Droemer di Nexperia.

Per fare il passo successivo abbiamo bisogno di una rete Ethernet automobilistica ad alta velocità e con larghezza di banda elevata. Ciò significa adottare la giusta protezione ESD per garantire che sia sicuro e protetto durante la guida.

Mentre la tecnologia continua ad evolversi, l’industria automobilistica è guidata dalle principali tendenze dell’elettrificazione, della guida autonoma e della mobilità condivisa “connessa”. Le nuove applicazioni e tecnologie hanno e continueranno ad aumentare in modo significativo il carico utile di dati che devono essere gestiti e trasmessi in macchina, aumentando i requisiti di larghezza di banda. Pertanto i protocolli esistenti come LIN, CAN-FD e FlexRay non sono più sufficienti in una rete di bordo eterogenea.

Si prevede che la modifica del cablaggio in una rete gerarchica omogenea e un’architettura zonale e l’implementazione di Automotive Ethernet come dorsale globale ridurranno i costi e il peso del cablaggio. Supporta inoltre le crescenti richieste di velocità dati elevate, sicurezza dei dati e flessibilità. Tuttavia, ciò significa che sono necessari dispositivi di protezione ESD discreti per un'elevata robustezza ESD a livello di sistema e che tuttavia soddisfino i requisiti più recenti che emergono con queste tendenze.

In questa serie di blog ci concentreremo sui nuovi requisiti e presenteremo l'Ethernet automobilistico e le specifiche di OPEN Alliance per Ethernet a 100 Mbit/s e 1 Gbit/s. Inoltre, discuteremo dell’importanza e dei requisiti delle soluzioni di protezione ESD su misura.

Il gruppo di interesse speciale (SIG) OPEN Alliance (One-Pair Ether-Net) è un'alleanza senza scopo di lucro composta principalmente dall'industria automobilistica e da fornitori di tecnologia che collaborano per incoraggiare l'adozione su larga scala di reti basate su Ethernet come standard nelle applicazioni di rete automobilistiche. Uno degli obiettivi chiave è consentire l'implementazione delle specifiche del livello fisico IEEE 100BASE-T1/1000BASE-T1 esistenti con specifiche complementari per la conformità e l'interoperabilità. Inoltre, le aziende membri dell'OPEN Alliance lavorano insieme per completare ulteriormente l'ecosistema con requisiti e specifiche di test per cablaggi, interruttori, ECU e funzionalità aggiuntive.

I dispositivi di protezione ESD discreti assumono un ruolo cruciale quando si tratta di robustezza a livello di sistema ed è necessario prendere in considerazione i nuovi requisiti. Nelle precedenti implementazioni Ethernet automobilistiche, i fornitori di PHY consigliavano di inserire un dispositivo di protezione ESD discreto tra il CMC e il PHY, se necessario. Osservando più da vicino la disposizione dei dispositivi di protezione ESD all'interno della rete 100BASE-T1 MDI proposta da OPEN Alliance, si può notare un cambiamento importante.

Disposizione del dispositivo di soppressione ESD all'interno dell'interfaccia 100BASE-T1 MDI, OPEN Alliance SIG (2020)

Quando non è presente alcuna protezione ESD o è posizionata presso il PHY, la potenza degli attacchi ESD passerebbe alla terminazione CM, al blocco DC e al CMC. Se tuttavia il dispositivo di protezione ESD è posizionato proprio sul connettore, non protegge solo il PHY ma anche l'induttanza di modo comune (CMC) e i passivi. In questa posizione, la potenza degli attacchi ESD può essere immediatamente diretta a terra, tuttavia questo cambiamento nella topologia richiede una protezione ESD completamente diversa.

Laddove la protezione ESD del PHY deve avere caratteristiche corrispondenti alla protezione interna del PHY, la protezione del connettore deve essere conforme all'ambiente difficile del cavo. Ad esempio, i cavi possono essere cortocircuitati verso fonti di tensione come la batteria dell'auto e sono esposti a rumore di modo comune ad alta potenza. Pertanto i dispositivi di protezione ESD richiedono una tensione di attivazione ESD ≥ 100 V e, oltre a IEC61000-4-2 livello 4, devono resistere ad un minimo di 1000 scariche. Pur offrendo un comportamento migliorato, i dispositivi di protezione ESD devono comunque offrire un'elevata integrità del segnale che richiede una bassa capacità parassita (meno di 3,5 pF).

Nei prossimi articoli, daremo uno sguardo più da vicino ai test richiesti da OPEN Alliance, come le misurazioni dei parametri S in modalità mista, i danni da ESD, la misurazione della corrente di scarica ESD e l'effetto di bloccaggio indesiderato sull'immunità RF. Spiegheremo le misurazioni ottenute con la scheda di progettazione di riferimento Nexperia ed evidenzieremo l'effetto dei diversi concetti di dispositivi di protezione ESD.