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研发客服随着汽车驾驶辅助技术的发展和能够与车外通信的电子设备的普及，车载电子控制单元（车载ECU）的安装数量有望增加，车载网络的通信负荷也呈现增长趋势。车载Ethernet作为一种具有高速、大容量的车载网络通信前景光明，它与CAN相比，数据传输速度更快，并且可基于IP（Internet Protocol因特网协议）进行数据交换，因而具有易采用民用Ethernet技术，安全性高等优点。
本文将介绍针对车载Ethernet的ESD对策效果显著的高耐性ESD抑制器的评估结果。
01Open Alliance（车载Ethernet标准化组织）ESD对策电路Open Alliance，规定了ESD保护元件的配置（图1）。ESD对策零部件的配置，可以选择配置在连接器正下方的ESD_1、或配置在共模扼流圈（下称CMC）与Ethernet PHY（物理层IC）之间的ESD_2的任何一种构成。现在主流的电路构成则是在靠近ESD输入部的ESD_1中配置一个ESD保护元件，其要求规格和试验项目已由Open Alliance做出规定。
图1 由Open Alliance规定的ESD保护元件的配置
02Open Alliance规定的ESD保护元件规格与要求试验
Ethernet通信中，ESD-1的触发电压（工作开始电压）为100V以上，相比之下，在CAN通信的ESD对策中使用的ESD保护元件（层叠压敏电阻和TVS二极管）的工作开始电压则为27V以上，要求对应高触发电压。本公司生产的高耐性ESD抑制器满足下表所示的由Open Alliance规定的ESD保护元件的要求规格。
下一节中，我们将介绍表2所示的ESD保护元件的要求试验中高耐性ESD抑制器的评估结果。
表1 Open Alliance规定的ESD保护元件的要求规格
表2 Open Alliance规定的ESD保护元件的要求试验
03Open Alliance要求试验中高耐性ESD抑制器的评估结果
Mixed Mode S-parameter measurement
作为信号品质的评估，测量下述３个S参数。
Sdd11（返回损耗）：输入的差分信号在输入端的反射量
Sdd21（插入损耗）：输入的差分信号在输出端的损耗量
Ssd21（信号模式转换）：输入的差分信号在输出端被转换成共模信号的量有关Sdd11和Sdd21，已知ESD保护元件的静电电容的绝对值、成对使用的静电电容之差值增大时Ssd21（信号模式转换）变差。
静电电容:0.1pF，容差:+0.1/-0.08pF，静电电容的绝对值小，窄容差的高耐性ESD抑制器，其信号品质优异，满足要求规格。
图3 Mixed Mode S-parameter的评估结果
Damage from ESD
＜评估ESD外加引起的S参数变动的步骤＞
测量初始值（ESD外加前）的S参数（Sdd11,Sdd21,Scd21）
I
EC61000-4-2 接触放电±8kV各外加20次→测量S参数
I
EC61000-4-2
接触放电±15kV各外加20次→测量S参数
＜判定基准＞
Sdd11,Scd21（4个端口上的信号模式转换），ESD外加前后的变动为±1dB以内
Sdd21，ESD外加前后的变动为±0.1dB以内。譬如，在ESD耐性低的ESD保护元件中，S参数因绝缘劣化而大幅变化，无法再满足1项的Mixed mode S-parameter的标准。高耐性ESD抑制器具有25kV的ESD耐性，因而ESD外加引起的S参数变动符合上述基准。
图4 Damage from ESD的评估结果
ESD discharge current measurement
关于S参数，仅通过ESD保护元件进行评估，而关于此试验，则如下图所示预想实际的电路进行评估。将PHY工作时的阻抗模拟为CMC后级的2Ω电阻，根据示波器的电压波形来评估流向PHY的电流。
Open Alliance的标准书中按电流值分类为ClassIII、ClassII、ClassI，这意味着ClassIII是最佳的ESD保护元件。
图5 使用ESD保护元件时流过PHY的ESD电流评估的模拟电路与电流值变化
图6中示出在高耐性ESD抑制器与100BASE-T1用的CMC的组合时外加+3kV到+15kV而得的电流波形。虽然波峰部流过5A左右的电流，这是ClassIII的Limit值，但是之后的电流值几乎为0A，抑制了流向PHY的泄漏电流。即使升高ESD外加电压，电流波形也几乎没有什么变化，高耐性ESD抑制器抑制了流向PHY的泄漏电流，相当于３个Class中最优异的ClassIII。
图6 使用ESD保护元件时流过PHY的ESD电流评估
Unwanted Clamping Effect
at RF immunity Test
此试验中，同样不是通过ESD保护元件单独进行电路评估，而是并用ESD保护元件和CMC进行电路评估（图7）。这是对ESD保护元件在RF功率外加时是否抑制噪声进行评估，因而需要将对作为基准的RF功率外加时的CMR（Common Mode Rejection,共模抑制）外加高于基准值的高功率时的CMR的变动抑制在±1dB以内。另外，CMR通过下式来表示。
CMR= P_in - P_out
图7 RF功率外加时的抗干扰性评估的模拟电路
图8中示出RF功率外加时的抗干扰性的评估结果。即使将39dBm的ClassIII的RF功率外加到20dBm的标准值上，CMR也没有什么变化，可见对于RF功率外加具有较高的抗干扰性。
图8 RF功率外加时的抗干扰性评估结果
04小结
高耐性ESD抑制器在第三方认证机关（FTZ）的评估中符合100BASE-T1的要求规格，为采取效果更显著的车载Ethernet的ESD对策做出贡献。