OPEN Alliance: 올바른 ESD 보호 배치 확보

Nexperia의 Lukas Droemer는 오늘날 자동차에 탑재되는 자동차 전자 장치의 엄청난 양으로 인해 자동차 네트워크의 전송 요구 사항과 데이터 페이로드가 극적으로 증가하고 있다고 썼습니다.

다음 단계로 나아가려면 고속, 고대역폭 자동차 이더넷이 필요합니다. 이는 운전 중에도 안전함을 보장하기 위해 올바른 ESD 보호 장치를 마련하는 것을 의미합니다.

기술이 계속 발전함에 따라 자동차 산업은 전기화, 자율 주행, '연결된' 공유 이동성이라는 주요 트렌드에 의해 주도되고 있습니다. 새로운 애플리케이션과 기술은 차량에서 관리하고 전송해야 하는 데이터 페이로드를 크게 증가시켜 대역폭 요구 사항을 증가시키고 있으며 앞으로도 그럴 것입니다. 따라서 LIN, CAN-FD 및 FlexRay와 같은 기존 프로토콜은 이기종 차량 내 네트워크에서 더 이상 충분하지 않습니다.

배선 하네스를 계층적 동종 네트워크 및 구역 아키텍처로 변경하고 자동차 이더넷을 글로벌 백본으로 구현하면 비용과 케이블 무게가 줄어들 것으로 예상됩니다. 또한 높은 데이터 속도, 데이터 보안 및 유연성에 대한 증가하는 요구를 지원합니다. 그러나 이는 높은 시스템 수준의 ESD 견고성을 위해서는 개별 ESD 보호 장치가 필요하면서도 이러한 추세와 함께 나타나는 최신 요구 사항을 충족한다는 것을 의미합니다.

이 블로그 시리즈에서는 새로운 요구 사항에 중점을 두고 자동차 이더넷과 100Mbit/s 및 1Gbit/s 이더넷에 대한 OPEN Alliance의 사양을 소개합니다. 또한 맞춤형 ESD 보호 솔루션의 중요성과 요구 사항에 대해서도 논의합니다.

OPEN Alliance(One-Pair Ether-Net) Special Interest Group(SIG)은 자동차 네트워킹 애플리케이션의 표준으로 이더넷 기반 네트워크의 광범위한 채택을 장려하기 위해 협력하는 주로 자동차 산업 및 기술 제공업체의 비영리 동맹입니다. 주요 목표 중 하나는 적합성과 상호 운용성을 위한 보완 사양을 통해 기존 IEEE 100BASE-T1/1000BASE-T1 물리 계층 사양을 배포할 수 있도록 하는 것입니다. 또한 OPEN Alliance 회원사들은 하네스, 스위치, ECU 및 추가 기능에 대한 요구 사항 및 테스트 사양을 갖춘 에코시스템을 더욱 완성하기 위해 협력합니다.

개별 ESD 보호 장치는 시스템 수준의 견고성과 새로운 요구 사항을 고려해야 할 때 중요한 역할을 합니다. 이전 자동차 이더넷 구현에서 PHY 공급업체는 필요한 경우 CMC와 PHY 사이에 개별 ESD 보호 장치를 배치하는 것을 권장했습니다. OPEN Alliance에서 제안한 100BASE-T1 MDI 네트워크 내 ESD 보호 장치의 배치를 자세히 살펴보면 큰 변화를 확인할 수 있습니다.

100BASE-T1 MDI 인터페이스 내 ESD 억제 장치 배치, OPEN Alliance SIG(2020)

ESD 보호 기능이 없거나 PHY에 있는 경우 ESD 충격의 전력은 CM 터미네이션, DC 블록 및 CMC를 통과합니다. 그러나 ESD 보호 장치가 커넥터에 바로 배치되면 PHY뿐만 아니라 CMC(공통 모드 초크) 및 패시브도 보호합니다. 이 위치에서 ESD 충격의 전력은 즉시 접지로 향할 수 있지만 이러한 토폴로지 변경에는 완전히 다른 ESD 보호가 필요합니다.

PHY의 ESD 보호는 PHY 내부 보호와 일치하는 특성을 가져야 하며 커넥터의 보호는 케이블의 열악한 환경을 준수해야 합니다. 예를 들어, 케이블은 자동차 배터리와 같은 전압 소스에 대해 단락될 수 있으며 고전력 공통 모드 노이즈에 노출됩니다. 따라서 ESD 보호 장치에는 100V 이상의 ESD 트리거 전압이 필요하며 IEC61000-4-2 레벨 4 외에도 최소 1000회의 방전을 견뎌야 합니다. 향상된 동작을 제공하는 동시에 ESD 보호 장치는 낮은 기생 정전 용량(3.5pF 미만)을 요구하는 높은 신호 무결성을 제공해야 합니다.

다음 기사에서는 혼합 모드 S-파라미터 측정, ESD로 인한 손상, ESD 방전 전류 측정, RF 내성에서 원치 않는 클램핑 효과 등 OPEN Alliance에서 요청한 필수 테스트에 대해 자세히 살펴보겠습니다. Nexperia 참조 설계 보드를 사용하여 달성한 측정 결과를 설명하고 다양한 ESD 보호 장치 개념의 효과를 강조하겠습니다.