자동차 이더넷 애플리케이션을 위한 고전압 ESD 보호

이더넷 솔루션은 수십 년 동안 산업 및 컴퓨팅 애플리케이션에서 널리 사용되어 왔지만 자동차 분야에서는 널리 채택되지 않았습니다. 자동차 이더넷은 여러 전자 제어 장치(ECU)를 위한 버스 토폴로지의 높은 유연성을 통해 빠르고 강력한 데이터 통신을 가능하게 합니다. 이로 인해 이더넷 기술은 고대역폭, 연결성 및 강력한 작동을 제공하는 동시에 도메인 아키텍처에서 영역 아키텍처로 자동차 네트워크의 진화를 가속화할 수 있는 잠재적인 후보가 되었습니다.

2016년에는 자동차 산업을 위한 두 가지 표준인 100BASE-T1과 1000BASE-T1이 작성되었습니다. 2022년 현재 10BASE-T1 및 MGB-T1이라는 두 가지 추가 표준이 OPEN(원 페어 이더넷 네트워크) 연합 위원회에서 개발 중입니다. OPEN Alliance에는 자동차 시장의 이더넷 기반 기술 표준화를 위한 여러 기술 위원회가 포함되어 있습니다. IEEE(Institute of Electrical and Electronic Engineers)는 IEEE 802.3bw 및 IEEE 802.3bp 표준을 통해 100BASE-T1 및 1000BASE-T1을 다루고 있습니다. 두 가지 모두 주로 전자기 호환성(EMC)과 관련된 특정 자동차 요구 사항을 충족하기 위해 채택되었습니다.

이 기사에서는 100BASE-T1 및 1000BASE-T1에 자세히 설명된 요구 사항과 관련하여 최신 반도체 정전기 방전(ESD) 보호 장치의 요구 사항 및 특성을 살펴보겠습니다. ESD 보호 장치가 나머지 회로와 시너지 효과를 발휘하여 파괴적인 ESD 및 EMC에 대한 강력한 시스템을 만드는 방법을 강조하겠습니다.

이더넷 연결의 높은 유연성은 자동차 애플리케이션의 장점입니다. 이는 스타 토폴로지, 즉 ADAS, 인포테인먼트 등 여러 도메인에 연결된 중앙 지점으로 스위치를 갖는 데 사용할 수 있습니다. 또한 기존 CAN 및 FlexRay 애플리케이션에서 사용되었던 버스 토폴로지에서도 작동합니다.

일반적인 버스 구성에는 그림 1과 같이 여러 개의 이더넷 노드가 포함될 수 있습니다. 이 노드는 전면에 센서가 있고 자동차 내부에 디스플레이가 있는 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)을 보여줍니다. 100BASE-T1 및 1000BASE-T1의 표준화는 그림 2와 같이 UTP(Unshielded Twisted pair)를 기반으로 한다는 점을 이해하는 것이 중요합니다. UTP 케이블은 자동차 산업에서 널리 사용되므로 일반적이고 사용하기 쉽습니다. , 경제적. 그러나 특히 EMC 동작을 볼 때 몇 가지 함정이 있습니다.

그림 1: 최신 차량의 이더넷 노드의 일반적인 구성

그림 2: UTP(비차폐 연선)를 사용하여 두 개의 이더넷 노드가 연결됨

현대 자동차에서는 수백 미터의 케이블이 간단한 실내 온도 조절 장치부터 매우 강력한 발전기에 이르기까지 다양한 전기 장치를 연결하고 있습니다. 이러한 케이블은 일반적으로 묶음으로 배치되어 케이블 사이에 전자기 간섭(EMI)이 발생할 위험이 증가합니다. 추가 조사에 따르면 최악의 시나리오에서 EMI는 UTP에서 최대 100V의 피크 전압 진폭을 유도할 수 있는 것으로 나타났습니다. 안정적인 데이터 전송이 필요한 정상 작동 중에 이런 일이 발생할 수 있다는 점을 고려하면 이더넷 회로는 이러한 EMC 문제를 견딜 수 있을 만큼 견고해야 합니다.

각 노드의 회로는 OPEN Alliance에 의해 표준화된 것으로 표시됩니다(그림 3 참조). 여기에는 UTP에 결합되는 원치 않는 공통 모드 잡음을 필터링하는 공통 모드 초크(CMC)가 포함되어 있습니다. 또한 여기서는 공통 모드 종료가 도움이 됩니다. 100BASE-T1 및 1000BASE-T1에 대한 CMC 속성은 이러한 표준1에 대한 CMC 테스트 사양에 정의되어 있습니다. 필터링 및 EMC 속성 외에도 CMC는 ESD와 관련하여 매우 유용합니다. 이에 대해서는 다음 섹션에서 다루겠습니다.

그림 3: 100BASE-T1 및 1000BASE-T의 회로와 ESD 장치의 ESD 성능

ESD 보호 장치의 관점에서 고려해야 할 몇 가지 매우 흥미로운 점이 있습니다. 첫째, UTP에서 발생할 수 있는 전자기 노이즈를 기준으로 최대 100V의 전압 범위에서 ESD 장치를 활성화해서는 안 됩니다. ESD 장치 매개변수에서 말하면, TLP 그래프의 그림 3에 표시된 것처럼 ESD 장치는 100V 이상에서만 트리거할 수 있습니다. 고성능 카메라 및 디스플레이의 물리 계층(PHY) 대부분이 이러한 높은 전압을 견딜 수 없기 때문에 이러한 높은 값은 무섭게 들릴 수 있습니다. 나중에 이 특정 회로 구성(CMC 포함)이 PHY에 대한 견고한 보호를 제공한다는 사실을 살펴보겠습니다.