OPEN Alliance: obtenga la ubicación correcta de protección ESD

El gran volumen de componentes electrónicos automotrices en los autos de hoy está aumentando drásticamente los requisitos de transmisión y la carga útil de datos en las redes automotrices, escribe Lukas Droemer de Nexperia.

Para dar el siguiente paso, necesitamos Automotive Ethernet de alta velocidad y gran ancho de banda. Y eso significa implementar la protección ESD adecuada para garantizar que sea seguro mientras conducimos.

A medida que la tecnología continúa evolucionando, la industria automotriz se ve impulsada por las principales tendencias de electrificación, conducción autónoma y movilidad 'conectada' compartida. Las nuevas aplicaciones y tecnologías han aumentado significativamente, y seguirán aumentando, la carga útil de datos que debe administrarse y transmitirse en el automóvil, aumentando los requisitos de ancho de banda. Por lo tanto, los protocolos existentes como LIN, CAN-FD y FlexRay ya no son suficientes en una red heterogénea en el vehículo.

Se espera que cambiar el arnés de cableado a una red homogénea jerárquica y una arquitectura zonal, e implementar Automotive Ethernet como la red troncal global, reduzca el costo y el peso del cableado. También es compatible con las crecientes demandas de altas velocidades de datos, seguridad de datos y flexibilidad. Sin embargo, significa que se requieren dispositivos de protección ESD discretos para la robustez de ESD de alto nivel del sistema y, sin embargo, cumplir con los requisitos más recientes que surgen con estas tendencias.

En esta serie de blogs, nos centraremos en los nuevos requisitos e introduciremos Ethernet automotriz y las especificaciones de OPEN Alliance para Ethernet de 100 Mbit/s y 1 Gbit/s. Además, discutiremos la importancia y los requisitos de las soluciones de protección ESD personalizadas.

El Grupo de Interés Especial (SIG) de OPEN Alliance (One-Pair Ether-Net) es una alianza sin fines de lucro de proveedores de tecnología y de la industria automotriz principalmente que colaboran para fomentar la adopción a gran escala de redes basadas en Ethernet como el estándar en aplicaciones de redes automotrices. Un objetivo clave es permitir la implementación de las especificaciones de capa física IEEE 100BASE-T1/1000BASE-T1 existentes con especificaciones complementarias para conformidad e interoperabilidad. Además, las empresas miembros de OPEN Alliance trabajan juntas para completar aún más el ecosistema con requisitos y especificaciones de prueba para arneses, interruptores, ECU y funcionalidades adicionales.

Los dispositivos de protección ESD discretos juegan un papel crucial cuando se trata de la solidez a nivel del sistema y se deben considerar nuevos requisitos. En implementaciones anteriores de Ethernet automotriz, los proveedores de PHY recomendaban colocar un dispositivo de protección ESD discreto entre el CMC y el PHY, si fuera necesario. Al observar más de cerca la disposición de los dispositivos de protección ESD dentro de la red MDI 100BASE-T1 propuesta por OPEN Alliance, se puede ver un cambio importante.

Disposición del dispositivo de supresión de ESD dentro de la interfaz MDI 100BASE-T1, OPEN Alliance SIG (2020)

Cuando no hay protección ESD o está ubicada en el PHY, entonces el poder de los disparos ESD pasaría la terminación CM, DC Block y CMC. Sin embargo, si el dispositivo de protección ESD se coloca justo en el conector, no solo protege el PHY sino también el estrangulador de modo común (CMC) y los pasivos. En esta posición, la potencia de los disparos de ESD se puede dirigir inmediatamente a tierra; sin embargo, este cambio en la topología requiere una protección de ESD completamente diferente.

Cuando la protección ESD en el PHY debe tener una característica coincidente con la protección interna de los PHY, la protección en el conector debe cumplir con el entorno hostil del cable. Por ejemplo, los cables pueden estar en cortocircuito con fuentes de voltaje, como la batería del automóvil, y están expuestos a ruido de modo común de alta potencia. Por lo tanto, los dispositivos de protección ESD requieren un voltaje de disparo ESD ≥ 100 V y, además de IEC61000-4-2 nivel 4, deben soportar un mínimo de 1000 descargas. Si bien ofrecen un comportamiento mejorado, los dispositivos de protección ESD aún deben ofrecer una integridad de señal alta que requiere una capacitancia parásita baja (menos de 3,5 pF).

En los próximos artículos, analizaremos más de cerca las pruebas requeridas solicitadas por OPEN Alliance, como las mediciones de parámetros S de modo mixto, daños por ESD, medición de corriente de descarga de ESD y efecto de sujeción no deseado en la inmunidad de RF. Explicaremos las medidas que logramos con la placa de diseño de referencia de Nexperia y destacaremos el efecto de los diferentes conceptos de dispositivos de protección ESD.

Puede encontrar información detallada sobre los productos Ethernet 100/1000BASE-T1 de Nexperia, incluida la búsqueda paramétrica y la referencia cruzada, aquí: www.nexperia.com/ethernet

Lukas Droemer se unió a Nexperia como una empresa patrocinada B.Sc. estudiante de ingeniería industrial en 2014. Desde abril de 2018, ha sido el gerente de producto responsable de la cartera de filtrado y protección ESD automotriz de Nexperia, incluidas las últimas soluciones para redes automotrices en vehículos como OPEN Alliance Ethernet.