ESD案例分享——GDT妙用
在大多数网关产品中，RJ45既需要做浪涌防护，也需要做ESD防护，偶尔也会遇上浪涌与ESD防护难以兼顾的情况。昨天一个客户的项目恰巧遇上了，今天正好分享给有兴趣的朋友。
▲图1
网口防护电路大致如（图1），客户初级侧共模浪涌采用90V的GDT——BZ091N，次级采用低容BV03C-H做差模防护，抑制浪涌或ESD电压尖峰。 客户反馈共模浪涌10/700us 6kV测试可以通过，端口ESD空气15KV测试设备死机需重启。通过沟通得知，板子面积较小空间受限，CPU与phy都靠近RJ45端口，布局大致如（图2）。
▲图2
首先分析ESD可能的路径，①从变压器初级耦合到次级再到phy与CPU; ②从中间抽头经GDT到PE地通过耦合电容到系统地。③其他（如RJ45金属外壳到地...）不是本案的重点。 接下来是整改，我们拆掉GDT，完全PASS，可没有GDT浪涌来了板子直接炸飞了，咋办？ 这时候就该展现GDT奇妙的地方了，将GDT换到400V的BZ401M,浪涌和ESD测试直接一把通过，它和BZ091N完全同封装，pin to pin。 接下来解释一下为啥90V的GDT ESD测试FAIL，400V的PASS。两颗器件在1KV/us的击穿电压只差150V，对应6kV的浪涌没有盲区完美替代。但ESD测试90V的GDT激发出的带电粒子更多，单位时间内(di/dt)转移到PCBA系统地的电荷自然更多，引起的地抖动更大〔u=L(di/dt)〕，对系统的时序逻辑电路影响大。反之400V GDT激发出的带电粒子更少。这主要由GDT的气体配方和工艺差异决定的。GDT完全导通需要电场将气体分子原子中活跃电子激发出来再去碰撞气体分子原子中的其他电子形成较大的电流，而这一过程需要时间，ESD属于纳秒级放电（100ns左右）。 因此不同工艺、配方的GDT导通时间（激发更多带电粒子）有很大的差异，浪涌放电几十微秒以上，GDT完全有足够的时间激发出更多带电粒子导通。 前面有提到板子小，面积有限，信号走线将地分割的已经不完整，不完整的地有寄生电感，因此地会抖动。再者CPU离板边近接受到的干扰更强。 GDT在高速网口共模防护中由于其低容、大通流、低成本的优势特性不可取代。但我们在使用GDT作为浪涌和ESD防护时应该注意，项目需要的浪涌测试方式（是否需要从低压浪涌开始比如500V）、耐压测试等，GDT是否存在不被击穿的盲区，或耐压测试不足。 最后还需提一下，ESD防护，经常用到疏、堵的基本思想，关注槟城电子更多实战案例与您分享。更多往期技术分享：公众号主页→“技术分享 图文”合集
