ESD案例分享——GDT妙用
在大多數網關產品中，RJ45既需要做浪涌防護，也需要做ESD防護，偶爾也會遇上浪涌與ESD防護難以兼顧的情況。昨天一個客戶的項目恰巧遇上了，今天正好分享給有興趣的朋友。
▲圖1
網口防護電路大致如（圖1），客戶初級側共模浪涌采用90V的GDT——BZ091N，次級采用低容BV03C-H做差模防護，抑制浪涌或ESD電壓尖峰。 客戶反饋共模浪涌10/700us 6kV測試可以通過，端口ESD空氣15KV測試設備死機需重啟。通過溝通得知，板子面積較小空間受限，CPU與phy都靠近RJ45端口，布局大致如（圖2）。
▲圖2
首先分析ESD可能的路徑，①從變壓器初級耦合到次級再到phy與CPU; ②從中間抽頭經GDT到PE地通過耦合電容到系統地。③其他（如RJ45金屬外殼到地...）不是本案的重點。 接下來是整改，我們拆掉GDT，完全PASS，可沒有GDT浪涌來了板子直接炸飛了，咋辦？ 這時候就該展現GDT奇妙的地方了，將GDT換到400V的BZ401M,浪涌和ESD測試直接一把通過，它和BZ091N完全同封裝，pin to pin。 接下來解釋一下為啥90V的GDT ESD測試FAIL，400V的PASS。兩顆器件在1KV/us的擊穿電壓只差150V，對應6kV的浪涌沒有盲區完美替代。但ESD測試90V的GDT激發出的帶電粒子更多，單位時間內(di/dt)轉移到PCBA系統地的電荷自然更多，引起的地抖動更大〔u=L(di/dt)〕，對系統的時序邏輯電路影響大。反之400V GDT激發出的帶電粒子更少。這主要由GDT的氣體配方和工藝差異決定的。GDT完全導通需要電場將氣體分子原子中活躍電子激發出來再去碰撞氣體分子原子中的其他電子形成較大的電流，而這一過程需要時間，ESD屬于納秒級放電（100ns左右）。 因此不同工藝、配方的GDT導通時間（激發更多帶電粒子）有很大的差異，浪涌放電幾十微秒以上，GDT完全有足夠的時間激發出更多帶電粒子導通。 前面有提到板子小，面積有限，信號走線將地分割的已經不完整，不完整的地有寄生電感，因此地會抖動。再者CPU離板邊近接受到的干擾更強。 GDT在高速網口共模防護中由于其低容、大通流、低成本的優勢特性不可取代。但我們在使用GDT作為浪涌和ESD防護時應該注意，項目需要的浪涌測試方式（是否需要從低壓浪涌開始比如500V）、耐壓測試等，GDT是否存在不被擊穿的盲區，或耐壓測試不足。 最后還需提一下，ESD防護，經常用到疏、堵的基本思想，關注檳城電子更多實戰案例與您分享。更多往期技術分享：公眾號主頁→“技術分享 圖文”合集
