上海雷卯：满足GMSL静电防护要求的方案

Release time：2024-07-08
author：AMEYA360
source：上海雷卯
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　　什么是GMSL?它是做什么用的?它有什么优点?设计GMSL防静电有啥难度?带着这些疑问我们先了解下什么是GMSL。

上海雷卯：满足GMSL静电防护要求的方案

　　一.简述 GMSL

　　GMSL(Gigabit Multimedia Serial Link)即千兆多媒体串行链路，是 Maxim 公司推出的一种高速串行接口，适用于音频、视频和控制信号的传输。

　　通信介质支持同轴电缆以及屏蔽双绞线，使用50Ω同轴电缆或者100Ω屏蔽双绞线(STP)时，长度可达15米。其核心技术是串行器/解串器技术(SerDes)，首先通过串行器将并行数据流转为串行数据流，然后通过更高的频率进行传输，之后再通过解串器将接收到的串行数据流转换为并行数据流。

上海雷卯：满足GMSL静电防护要求的方案

　　GMSL 的意义在于解决了音频、视频和控制信号的高速传输问题。在此之前，大量数据传输通常采用并行总线增加带宽，但线束过多会增加成本、重量和 EMI 电磁干扰。当数据量达到一定量级后，并行总线的劣势显现，如难以和时钟同步、布线长度差异导致同步困难、信号线间相互干扰等，这是并行总线的技术瓶颈。而串行总线不存在信号线间干扰和同一时序问题，只需提高频率，且工业上一般使用差分信号传输，更能保证信号准确性，所以目前面对高数据流传输，串行总线被广泛采用。

　　二. GMSL 应用场合

上海雷卯：满足GMSL静电防护要求的方案

　　GMSL 常见的应用场景包括以下几方面：

　　1. 汽车电子领域：用于车载摄像头、显示屏等设备之间的高速数据传输，以支持高级驾驶辅助系统(ADAS)和车载信息娱乐系统。

　　2. 工业自动化：在工厂自动化设备中，连接各类传感器、摄像头和控制单元，实现高速、可靠的数据通信。

　　3. 安防监控系统：用于连接监控摄像头和监控中心的设备，确保高清视频信号的稳定传输。

　　4. 医疗设备：例如在医疗成像设备中，实现图像数据的快速传输和处理。

　　所以GMSL应用就在我们身边，这些应用场景都依赖于它能够提供的高速、低延迟和抗干扰的数据传输能力。

　　三.GMSL 具有以下特点和优势

　　高速率：目前基于 GMSL 架构的通信协议最高可实现单通道 6Gbps(GMSL2) 的速率。

　　远距离：使用特定线缆时传输距离15米。

　　抗干扰性强：串行传输方式及差分信号传输使其具有较强的抗干扰能力。

　　GMSL 技术经历了较长的发展时间。第一代 GMSL 从 2003 年开始，最高支持 3Gbps 的传输速率，可传输 1080p/30fps(1 百万-3 百万像素)的视频流数据;2017 年之后出现的 GMSL2 代技术，传输带宽提升至 6Gbps，能轻松传输 4K/30fps(8 百万像素)的视频流数据。

　　四.GMSL-POC设计

　　GMSL-POC 是现在大家应用的比较多的一项技术，POC 则是指同轴电缆供电(Power Over Coaxial)，也就是在同轴线缆中除了传输 GMSL 串行数据外，还同时传输电源。

　　在 GMSL 系统中使用 POC 技术具有一些优势，例如减少线缆数量、简化系统布线等。POC 电路设计的原则是通过多个电感构成宽频带滤波器，在低频时使 DC 直流电源顺利通过，在高频时具有足够大的阻抗以抑制正向通道数据(如摄像头采集的数据信号)及反向通道(控制信号)数据通过，防止信号泄露到直流电源端。同时采用电容隔离直流信号，耦合高速信号，以确保高速信号在要求的带宽区间内顺利通过。

　　在实际应用中，为了确保 GMSL POC 系统的正常运行，需要合理配置相关的电阻、电感等元件，并根据具体的电压情况(如 5V 或 12V POC)进行调整。同时，要注意保护系统免受过压和过流等情况的影响。

　　GMSL-POC系统设计框图如下：

上海雷卯：满足GMSL静电防护要求的方案

　　五. 关于GMSL静电保护

　　1. 为什么需要增加静电保护器件?

　　我们知道静电放电(ESD)是一种电荷的积累，静电可能会导致GMSL 相关的设备出现各种问题，例如功能失效、数据错误、甚至永久性损坏等。在一些对可靠性要求较高的应用场景中，如汽车电子系统，微小的静电脉冲都可能干扰或破坏数据的传输，影响整个系统的正常运行。具体来说，GMSL 常用于视频、音频和控制信号的传输，这些信号对干扰较为敏感。静电可能通过各种途径引入到系统中，例如人体接触、设备之间的摩擦、环境中的静电积累等。

　　为了确保 GMSL 系统的稳定和可靠运行，采取静电保护措施是必要的。这些保护措施通常包括使用具有静电保护功能的芯片比如ESD二极管，如上图D1，D2，D3，D4。有的芯片内部有ESD保护，比如MAX96705就具有±8kV 接触放电 ESD 保护和±15kV 气隙放电保护，但这个量级的保护没有达到您的要求，所以需要外部增加一颗，文章后面的列表中列出的上海雷卯几款抗静电能力较强的ESD二极管，抗静电能力都高于芯片内部。有了外部ESD二极管的保护从而提升了系统的抗静电干扰能力，保证在存在一定静电环境的情况下，GMSL 设备仍能正常工作，可靠地传输数据

　　2. ESD二极管的放置位置。

　　按一般常理来说ESD二极管应该放置在连接器的接口处，但对于GMSL-POC系统ESD二极管放在靠近Serializer/Deserializer芯片管脚处更为合适，为什么?

　　对于带有POC的GMSL系统 ,如果POC 供电电压是12V , ESD二极管的击穿电压必须高压12V ，POC才能正常工作，否则一上电ESD二极管处于击穿状态，POC无法正常供电。但如果所选二极管击穿电压高于12V , 当低于12V的静电引入后，Serializer/Deserializer芯片管脚容易被打坏，无法做到很好保护，因此把ESD二极管放在Serializer/Deserializer芯片管脚处是比较合适的。如果GMSL不使用POC , 可以选择把ESD二极管放在接口处。

　　我们根据所选Serializer/Deserializer管脚电平，选择合适的ESD二极管做保护。

　　3. 上海雷卯推出的几款GMSL 静电保护二极管

上海雷卯：满足GMSL静电防护要求的方案

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上海雷卯电子：这两种TVS有啥不同？
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上海雷卯电子：这两种TVS有啥不同？

　　当我们查看TVS二极管的规格书 ,常会看到有以下两种种引脚功能标识图：　　对于初学者，看到感到疑惑，他们一样吗?他们有啥区别?为啥有的两个尖头往外 ，阳极连在一起，有的两个尖头往里，阴极连在一起?一连三问。EMC小哥根据自己经验略作分析。　　使用这两种图的规格书上都有标注 bidirectional ESD protection diode。因此可以确定这两种的功能是一样的，都是双向保护二极管。　　图1在国外品牌规格书上看到的比较多，比如Nexperia(安世)， Littelfuse(美国力特)，VISHAY(威世)等等，图2 国内品牌使用比较多，比如上海雷卯。　　我们看两种TVS二极管在电路中的应用：参看图3，图4。　　先看上图3： 静电过来后首先反向击穿通过D1连接1脚的二极管，然后再正向通过D1的下方连接2脚二极管，(减去大约0.7V )，最后导入到地。　　图4静电过来后首先正向通过D2的上方连接1脚二极管(减去大约0.7V ),然后反向击穿通过D2连接2脚的二极管，最后导入到地。所以，静电进来后两种TVS二极管都是要经过一次反向击穿和正向导通电压才导入到地，所以从电气性能上分析这两种实现的功能是一样的，从应用上是没有区别的。　　那他们本质上有区别吗?我们知道二极管是有PN结组成，如图5，电流从P极进去，N极出来，正向导通， 硅管的管压降VF为0.7V。　　对于TVS二级管，因为是反向击穿起保护作用，所以是从N极流入P极，P极到N极是正向导通。　　那么上面图1，图2两种TVS二极管功能图内部结构可以近似如下图表示：　　这就是这两种二极管内部叠层结构不同。　　因此，从电气特性角度分析，图1和图2所示均为双向TVS二极管，应用上没有区别，仅内部结构存在差异。对工程师而言，只要器件规格书中的参数相近，所实现的功能一致，二者便具备替代性。　　上海雷卯电子(Leiditech)凭借多年技术积累，其国产ESD/TVS器件可兼容替代NXP、SEMTECH、LITTELFUSE、ON、VISHAY、TI等多款国外品牌产品。公司提供包括USB接口、汽车电子、工业控制等领域的电路保护方案，并备有详细替代型号列表供参考。雷卯产品支持样品申请，助力客户实现供应链优化与国产化替代。　　Leiditech雷卯电子致力于成为电磁兼容解决方案和元器件供应领导品牌，供应ESD，TVS，TSS，GDT，MOV，MOSFET，Zener，电感等产品。雷卯拥有一支经验丰富的研发团队，能够根据客户需求提供个性化定制服务，为客户提供最优质的解决方案。
2025-09-19 15:45 reading：329
上海雷卯：长距离POE供电模块静电浪涌防护方案
行业新闻

上海雷卯：长距离POE供电模块静电浪涌防护方案

　　上海雷卯 EMC 小哥以海康威视摄像机内置 POE 供电模块(以下简称 “海康 POE 模块”)为研究对象，结合模块拆解图深入分析现有防护基础，针对性提出适配长距离场景的静电浪涌防护方案，聚焦户外安防监控、工业远程监控等场景的核心痛点，确保 POE 模块 “供电+数据传输” 双重功能稳定可靠。　　一、长距离 POE 应用场景风险与防护标准　　在户外道路沿线、园区周界及工业工厂车间、矿山井下等长距离 POE 应用中，网线易受三重威胁：一是雷雨天气引发的雷击电磁感应，浪涌能量沿网线叠加传输;二是工业设备启停产生的瞬态干扰，形成高频电压尖峰;三是超 100 米长距离网线的分布电容、电感进一步放大冲击。这些威胁轻则导致 POE 模块供电中断、数据丢包，重则击穿 DC-DC 转换器、PHY 芯片，损毁后端摄像机。　　基于此，上海雷卯明确防护需满足两大国际标准：　　IEC61000-4-2(静电放电抗扰度)：达等级 4 要求，输入端口接触放电、空气放电均达 30kV，输出端口接触放电 8kV、空气放电 15kV;　　IEC61000-4-5(浪涌抗扰度)：应对 10/700μs、40Ω、6kV、±5 次浪涌冲击，适配长距离场景的能量叠加特性;1.2/50μs 波形(适用于 100-300 米场景)的标准阻抗为 2Ω(电源端口)或 12Ω(通信端口)、±6kV、±5 次。　　二、海康 POE 模块接口分级防护方案(雷卯优化)　　通过拆解海康POE 模块可见，其防护核心集中在输入、输出两大端口，雷卯 EMC 小哥在此基础上强化 “分级拦截” 逻辑，融入雷卯自研防护器件与策略：　　01 输入端口：雷卯三级防护拦截 前端浪涌　　输入端口是浪涌侵入首要路径，采用“泄放-钳位-精准防护” 三级策略，核心器件与部署要求如下：　　第一级：大电流泄放(变压器前端)　　雷卯选用 GDT(气体放电管 3R090-5S)与 MOV(压敏电阻 14D821KJ)串联，快速泄放雷击等大能量浪涌(如 6kV 浪涌下可泄放 60% 以上能量)。　　部署注意：户外场景需确保 GDT 接地端与设备接地极路径≤5cm，减少泄放损耗。　　第二级：共模 / 差模钳位(变压器抽头处)　　搭配 MB6S 整流桥实现 POE 供电极性转换，并联 3 颗 TVS 二极管(LM1K58CC、SMBJ58CA×2 雷卯选型)，分别针对共模与差模浪涌进行钳位过电压;同时集成 Bob Smith 终端电路，兼顾浪涌防护与以太网差分信号完整性，降低信号反射损耗。　　第三级：后端精准防护(变压器后端)　　采用 4 颗雷卯GBLC03C 瞬态抑制二极管，针对 PHY 芯片等低压器件进行 3.3V 精准钳位，响应时间<1ns，弥补前两级防护疏漏，避免低压电路击穿和数据丢包。　　02 输出端口：稳定负载与尖峰吸收　　输出端口直接连接 12V 摄像机，雷卯EMC 小哥重点优化 “防倒灌 + 尖峰抑制” 能力：　　雷卯采用SS210LA 肖特基二极管(100V/2A)防倒灌，确保 12V 输出方向正确，减少长距离供电损耗，同时规避施工阶段的电路倒灌风险;　　并联SMBJ15CA型TVS 二极管，可有效钳制因负载波动(如摄像机红外灯启停瞬间)引发的电压尖峰，保护后端设备。　　三、浪涌波形适配与 PCB 布局关键要求　　01 浪涌波形与场景匹配　　雷卯 EMC 小哥指出，长距离 POE 场景需根据网线长度选择对应浪涌测试波形，避免防护错配：　　10/700μs 波形：适用于超 300 米户外对称线路，模拟长距离传输中雷击感应的叠加浪涌能量;　　1.2/50μs 波形：适用于 100-300 米户外线或工业内线，是多数 POE 设备的主流测试波形。　　02 PCB 布局：留足安全余量，避免防护失效　　PCB 布局直接影响浪涌泄放与隔离效果，需严格遵循以下要求：　　1.间距要求：外层铜迹间距≥6mm，内层≥3mm;垂直层间偏移 1mm，保留 3kV 隔离余量，防止层间击穿;　　2.铜箔与迹线：雷卯推荐采用 1oz 铜箔，迹线宽度≥0.3mm(0.13mm 细迹线易在 GR-1089-CORE 测试中熔断);GDT/MOV 接地迹线≥2mm，降低泄放阻抗;　　3.接地与屏蔽：STP 网线屏蔽层两端接地(接地电阻≤4Ω);GDT/MOV 用独立接地线(线径≥1.5mm²)，避免多器件共用接地导致浪涌串扰;　　Leiditech 雷卯电子致力于成为电磁兼容解决方案和元器件供应领导品牌，供应 ESD(如 GBLC03C)、TVS、TSS、GDT(如 3R090-5S)、MOV、MOSFET、Zener、电感等产品。雷卯拥有经验丰富的研发团队，可根据不同应用场景(户外 / 室内、PoE / 非 PoE)提供个性化防护方案，为千兆设备接口安全保驾护航。
2025-09-12 11:54 reading：329
上海雷卯千兆以太网防护：三步搞定电涌威胁
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上海雷卯千兆以太网防护：三步搞定电涌威胁

　　雷电、设备插拔、环境静电、电机启动等场景中，可通过网线损坏交换机、摄像头等设备，其中ESD(静电放电，含电缆放电事件 CDE)因发生场景高频、直接作用核心元器件，需在防护设计中重点关注。本文上海雷卯 EMC 小哥围绕以太网接口核心威胁，提供三层防护方案，助力千兆设备实现 “电涌 + 静电可靠防护”。　　一、 以太网接口面临的三类威胁　　以太网接口在运行中易受多种电磁干扰影响，不同干扰的触发场景、危害形式存在差异，需针对性设防：　　1.ESD(静电放电，含 CDE 电缆放电事件)　　触发场景：日常设备插拔、人员接触、环境干燥时的静电释放，以及插拔带电网线时的 CDE，后者是静电瞬间集中释放的典型形式。　　危害特点：峰值电流可达数十安，直接作用于 PHY 芯片输入级，是导致 PHY 芯片损坏的主要诱因之一;因设备操作、环境变化均可能引发，这类干扰的发生频率显著高于其他类型。　　防护标准：依据 IEC 61000-4-2 标准，户外及工业环境设备需满足 Level 4(±15kV 空气放电、±8kV 接触放电)要求，以应对各类静电场景。　　2.浪涌(Surge)　　触发场景：主要由雷击感应或电力系统故障引发，电压可达数千伏，能量密度高但发生概率较低。　　防护标准：按 IEC 61000-4-5 标准，户外设备需抵御 4kV 电压波(1.2/50μs)、2kA 电流波(8/20μs)的冲击，避免强能量损坏接口电路。　　3. EFT(电快速瞬变脉冲群)　　触发场景：电机、继电器等设备开关动作时产生，频率范围 5kHz-100kHz，主要干扰信号传输稳定性，直接损坏设备的概率较低。　　防护标准：IEC 61000-4-4 标准规定，户外设备需按 4 级(±4kV)设防，保障信号传输不受高频脉冲干扰。　　二、雷卯核心方案：三层协同防护　　典型的以太网接口应包含隔离变压器(满足 IEEE 802.3 标准，隔离耐压1500VRMS，集成共模扼流圈)和Bob smith终端(75Ω 电阻+1000pF高压电容，降低共模辐射)，再遵循 “分级泄放能量 + 精准钳位干扰” 逻辑，构建三层防护体系：　　1. 接口层泄放：优先吸收共模大能量　　雷卯采用低电容 GDT(气体放电管，型号 3R090-5S) 作为第一级防护，重点泄放 80% 的共模电流：　　响应速度<100ns，通流能力达 5KA，可快速吸收雷击等引发的共模能量，避免后续防护组件过载，为核心芯片防护奠定基础。　　2. 变压器层衰减：降低干扰能量强度　　利用隔离变压器的隔离特性，结合 Bob-Smith 终端优化共模阻抗：　　变压器对 ESD、浪涌能量的衰减率超 60%，可将静电峰值电流从 “数十安” 降至 “数安级”，大幅减轻后续钳位环节的防护压力，同时减少干扰对信号传输的影响。　　3. 芯片层钳位：精准守护 PHY 芯片　　这是抵御 ESD 与差模浪涌的关键环节，采用雷卯GBLC03C 低电容 ESD 二极管：　　电容值<0.3pF，完全适配千兆以太网信号传输需求，避免信号衰减或误码;　　可精准钳位差模方向的 ESD(含 CDE 残余电流)与浪涌能量，将 PHY 芯片端瞬态电压控制在安全范围，满足 IEC 61000-4-2 Level 4(±30kV)、IEC 61000-4-5(4kV)等严苛标准。　　三、设计避坑指南　　接口防护失效常与设计细节偏差相关，尤其在 ESD 防护环节，上海雷卯建议需规避以下误区：　　ESD 布局误区：位置与连接方式决定防护效果　　错误做法：将 ESD 二极管置于变压器前的 RJ45 接口处，采用 “信号线对地” 连接.　　问题：变压器 1500VRMS 的隔离特性会阻碍静电共模能量泄放，还可能引发 “共模→差模” 瞬态转换，导致静电直接冲击 PHY 芯片。　　雷卯EMC小哥建议的正确策略是：将 ESD 二极管跨接在变压器 PHY 侧的差分信号对之间。　　原理：借助变压器已衰减的静电能量，配合 ESD 二极管<1ns 的快速响应，可直接抑制差模方向的 ESD 瞬态，大幅提升防护效率。　　GDT 使用误区：按需配置，避免冗余或不足　　严苛环境(户外 / 工业)：需搭配低电容 GDT(如 3R090-5S)作为第一级，但需确保与后级 GBLC03C ESD 的协同 ——GDT 泄放共模后，ESD 专注钳位差模，避免两者 “能量冲突” 影响防护效果。　　普通环境(室内办公)：无需额外添加 GDT，仅通过 “变压器衰减 + PHY 侧 ESD” 即可应对日常静电场景，盲目增加 GDT 反而可能引入信号干扰。　　防护能力误区：不可仅依赖 PHY 内置 ESD　　错误认知：认为 PHY 芯片自带 ESD 防护，无需外置组件。　　实际局限：PHY 内置 ESD 仅能应对 ±8kV 以下的轻微静电，完全无法抵御 CDE(能量超过内置防护上限)及 PoE 插拔瞬态，必须外置 GBLC03C (±30kV)等专用 ESD，才能实现可靠防护。　　工程师需通过厘清各类干扰的防护逻辑、避开设计误区，可在保障千兆以太网信号质量的同时，显著提升接口对静电与电涌的抗扰度，降低设备故障率。
2025-09-03 14:13 reading：400
上海雷卯：二极管半导体器件的应用和参数对比
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上海雷卯：二极管半导体器件的应用和参数对比

　　二极管种类区别　　按操作特性进行比较：　　器件结构说明对比：　　肖特基二极管由金属与半导体结结形成。在电气方面，它由多数载波进行，具有较低的电流泄漏和正向偏置电压(VF)的快速响应。肖特基二极管广泛应用于高频电路中。　　齐纳二极管由掺杂的P-N半导体结组成。有两种物理效应可以称为泽纳状态(泽纳效应和阿瓦兰奇效应)。当对P-N结施加低反向电压时，由于量子效应而传导，将发生泽纳效应。当大于 5.5 伏特电压反向施加到 PN 结时，产生电子孔对与晶格碰撞时，就会产生 Avalanche 效应。基于齐纳效应的齐纳二极管在电子电路中被广泛用作电压参考源。　　TVS二极管由专门设计的 P-N 半导体结组成，用于浪涌保护。PN 结通常涂覆，以防止在非传导状态期间过早发生电压电弧。当发生瞬态电压事件时，TVS 二极管会使用 Avalanche 效应进行夹紧瞬态电压。TVS二极管广泛应用于电信、通用电子和数字消费市场，用于闪电、ESD和其他电压瞬态保护。　　ESD代表TVS硅保护阵列。它是一系列集成的 PN 结、SSC 或其他硅保护结构，封装在多引脚结构中。ESD可用作电信、通用电子产品和数字消费市场的 ESD、闪电和 EFT 保护的集成解决方案，这些市场存在多个保护机会。例如，它可用于 HDMI、USB 和以太网端口 ESD 保护。
2025-08-19 16:44 reading：499
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