隨著科技的進步，汽車電子的資訊娛樂系統及先進駕駛輔助系統ADAS（Advanced Driver Assistance System）、攝影機...等模組的功能越來先進，這些應用對訊號頻寬、資料傳輸的速率及低延遲要求也相對提高。傳統的CAN、CAN-FD…等車用網路已無法滿足此高品質影音需求，而車用乙太網(Automotive Ethernet)的傳輸速度已高達10/100/1000Mbps，恰巧可以滿足此應用需要。此文會針對車用乙太網的100 BASE-T1/1000BASE-T1 ESD/EOS防護方案進行討論。
Requirements from Open Alliance
Open Alliance在車用乙太網的設計建議為：Connector後端先放置ESD防護元件後再放置其他電子元件如Termination, Common choke、電容..等元件。其中因汽車內部車用乙太網佈線時，電纜線線材採用UTP(雙絞線)的原因，使得傳輸線較容易受到外界的EMI干擾，導致訊號線上有機會看到高達100V左右的電壓，故規範裡有定義ESD元件的trigger voltage ≥ 100V。
以下列出Open alliance在100/1000 Base-T1文件中針對ESD保護元件的規格需求:
1. ESD元件的操作電壓≥ 24 V。
2. ESD元件是雙向元件(Bi-directional )。
3. ESD trigger voltage ≥ 100V。
4. ESD元件單體的耐受能力須大於15kV (ISO 10605測試模組C = 150 pF，R = 330 ohm)。
5. ESD元件必須能承受15kV (ISO 10605測試模組C = 150 pF，R = 330 ohm) ≥ 1000次。
除了上述的ESD本身電性需求以外，Open Alliance也針對維持訊號品質及ESD元件本身的保護效果有所要求。訊號完整性方面，ESD元件的S參數Sdd11 (RL)，Sdd21 (IL)，Ssd21 (DCMR)在遭遇ESD前後不能超過規範範圍。保護效果方面亦有制定當ESD事件發生後，經防護元件後的電流規格。由此可見，Open Alliance對ESD保護元件規格要求是非常嚴謹的。Automotive Ethernet ESD 防護電路示意圖可參考圖一。
圖一、Automotive Ethernet ESD 防護電路示意圖
ESD Solutions for Automotive Ethernet
晶焱科技在車用乙太網的ESD保護推出雙通道及單通道兩種方案：
方案一、雙通道的ESD防護元件AZ9400-02S
採用通用的SOT23-3L封裝，AZ9400-02S 訊號對地的寄生電容為0.9pF(Typ.)較低的電容也能確保訊號的完整性。ESD trigger voltage ≥ 100V，ESD單體耐受IEC61000-4-2(150pF/330ohm) 接觸式放電±30 kV，可抗受IEC61000-4-5 Surge(8/20us) 2.4A的能量。而對ESD防護最重要的ESD Clamping voltage參數上，在16A(相當於IEC61000-4-2 ESD 8kV)時約為50V。
方案二、單通道的ESD防護元件AZ9400-01F
採用1mm*0.6mm (0402) DFN1006P2E的小型封裝，訊號對地的寄生電容為0.9pF(Typ.)，ESD trigger voltage同樣 ≥ 100V，ESD單體耐受IEC61000-4-2(150pF/330ohm) 接觸式放電±30 kV ，可抗受IEC61000-4-5 Surge(8/20us) 2.4A的能量，ESD Clamping voltage 在16A(IEC61000-4-2 ESD 8kV)時約為46V。
| Part Number | AZ9400-01F | AZ9400-02S |
| Working Voltage | ±24 |
±24 |
| Directional | Bi-Directional |
Bi-Directional |
| ESD Trigger Voltage | ≥100V | ≥100V |
| ESD robustness against damage | >±30kV | >±30kV |
| Minimum number of dischargers (15kV) | >1000 | >1000 |
| Cap. (Typ.) | 0.9pF | 0.9pF |
| Package Type | DFN1006P2E | SOT23-3L |
以上兩種方案皆已通過AEC-Q101的車規認證，亦皆已取得符合Open Alliance 100BASE-T1及1000BASE-T1的報告，研發人員可以考量使用習慣及PCB空間大小完成靜電防護設計。
總結
汽車的應用環境相對嚴苛，車用電子系統如果沒有做好ESD保護，模組有可能被ESD損壞或造成誤動作，乘客有可能因而發生嚴重的交通安全意外，進而影響品牌形象，故ESD防護一直是汽車電子高度關注的課題，晶焱科技除不斷開發車用防護元件及相關功能IC方案，亦經常與品牌車廠或Tier1進行深入交流，期望能提早滿足車用產業的相關需求。