ESD案例分享——GDT妙用
在大多數(shù)網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品中，RJ45既需要做浪涌防護(hù)，也需要做ESD防護(hù)，偶爾也會(huì)遇上浪涌與ESD防護(hù)難以兼顧的情況。昨天一個(gè)客戶的項(xiàng)目恰巧遇上了，今天正好分享給有興趣的朋友。
▲圖1
網(wǎng)口防護(hù)電路大致如（圖1），客戶初級(jí)側(cè)共模浪涌采用90V的GDT——BZ091N，次級(jí)采用低容BV03C-H做差模防護(hù)，抑制浪涌或ESD電壓尖峰。 客戶反饋共模浪涌10/700us 6kV測(cè)試可以通過，端口ESD空氣15KV測(cè)試設(shè)備死機(jī)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?gòu)淖儔浩鞒跫?jí)耦合到次級(jí)再到phy與CPU; ②從中間抽頭經(jīng)GDT到PE地通過耦合電容到系統(tǒng)地。③其他（如RJ45金屬外殼到地...）不是本案的重點(diǎn)。 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(shí)候就該展現(xiàn)GDT奇妙的地方了，將GDT換到400V的BZ401M,浪涌和ESD測(cè)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(cè)試FAIL，400V的PASS。兩顆器件在1KV/us的擊穿電壓只差150V，對(duì)應(yīng)6kV的浪涌沒有盲區(qū)完美替代。但ESD測(cè)試90V的GDT激發(fā)出的帶電粒子更多，單位時(shí)間內(nèi)(di/dt)轉(zhuǎn)移到PCBA系統(tǒng)地的電荷自然更多，引起的地抖動(dòng)更大〔u=L(di/dt)〕，對(duì)系統(tǒng)的時(shí)序邏輯電路影響大。反之400V GDT激發(fā)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(dǎo)通需要電場(chǎng)將氣體分子原子中活躍電子激發(fā)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(shí)間，ESD屬于納秒級(jí)放電（100ns左右）。 因此不同工藝、配方的GDT導(dǎo)通時(shí)間（激發(fā)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(shí)間激發(fā)出更多帶電粒子導(dǎo)通。 前面有提到板子小，面積有限，信號(hào)走線將地分割的已經(jīng)不完整，不完整的地有寄生電感，因此地會(huì)抖動(dòng)。再者CPU離板邊近接受到的干擾更強(qiáng)。 GDT在高速網(wǎng)口共模防護(hù)中由于其低容、大通流、低成本的優(yōu)勢(shì)特性不可取代。但我們?cè)谑褂肎DT作為浪涌和ESD防護(hù)時(shí)應(yīng)該注意，項(xiàng)目需要的浪涌測(cè)試方式（是否需要從低壓浪涌開始比如500V）、耐壓測(cè)試等，GDT是否存在不被擊穿的盲區(qū)，或耐壓測(cè)試不足。 最后還需提一下，ESD防護(hù)，經(jīng)常用到疏、堵的基本思想，關(guān)注檳城電子更多實(shí)戰(zhàn)案例與您分享。更多往期技術(shù)分享：公眾號(hào)主頁→“技術(shù)分享 圖文”合集
