ギガビットイーサネットを電圧と電流の過渡現象から保護するTVSダイオードの設計法(Digi-Key社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介)

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No.1752 2023. 7. 25


	◇ギガビットイーサネットを電圧と電流の過渡現象から保護する　TVSダイオードの設計法　(Digi-Key社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介) ◇マルツの技術情報　充電機能付き出力48V電源回路基板　【LP04：電源回路編】


		ギガビットイーサネットを電圧と電流の過渡現象から保護する TVSダイオードの設計法 (Digi-Key社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介)

　「アプリケーションラボ」は、Digi-Key社のご協力をいただいて、Digi-Key社が公開している新製品や技術情報を日本語でご紹介するWebページです。基礎技術から最新技術まで有益な情報を公開していますので、是非ご活用ください。

　今回は、ギガビットイーサネットを雷サージや静電気放電から守るためにTVSダイオードを活用する方法について解説した記事をご紹介します。

■ギガビットイーサネットを電圧と電流の過渡現象から保護するTVSダイオードの設計法

　ギガビットイーサネットの物理層(PHY)は、絶縁トランスやコモンモードチョークを用いるなどしてある程度の過電圧からは保護されていますが、回線が延長されたりすると予期せぬ高レベルの過渡電圧や電流にさらされることがあります。

　イーサネットコネクタから入ってくるサージ電圧には、コモンモードと差動モードがあります。コモンモード電圧は、75Ωの抵抗と高電圧コンデンサを使用したボブスミス終端により絶縁トランスの前でシャーシに逃がすことができます。それに対し、差動モード電圧は絶縁トランスを通過してイーサネットの物理層に到達するため、物理層に損傷を与える可能性があります。

　その対策として、安価で堅牢なTVS(Transient Voltage Suppressors)ダイオードを使用することができます。

TVSダイオードは物理層側の絶縁トランスに近い位置に挿入

　TVSダイオードは過電圧保護やESD保護を目的としたデバイスで、想定外の過電圧やサージから後段の電子回路を保護します。ツェナーダイオードと同様にダイオードの逆方向特性を利用しています。

　ツェナーダイオードは定電圧を得るために用いるのでON状態で使用されますが、TVSダイオードは通常はOFF状態で過電圧が印加された際にON状態になります。TVSダイオードでは、ON状態になるブレイクダウン電圧と、ブレイクダウンを絶対に起こさないスタンドオフ電圧が規定されています。単方向TVSと双方向TVSがあり、双方向TVSは正負両極の保護が可能です。

　【アプリケーションラボ】の解説記事では、ギガビットイーサネットに過渡電圧がどのような悪影響をもたらすのか、そしてその対策としてTVSダイオードが有効な理由について解説した後、高速データインターフェースを過渡電圧の脅威から保護するSemtech社製のRailClampシリーズTVSダイオードを紹介しています。

　ここで解説されているデバイスは、マルツオンラインのウェブサイトで購入できますので、是非参考にしてください。


▽RClamp0512TQ 低容量2線サージ/ESD保護【RCLAMP0512TQTCT】単価：￥209 (税込) 　低容量のサージ定格ステアリングダイオードと高電力TVSダイオードで構成され、高速なデータポートを2次サージやESDから保護するために設計されています。クランプ電圧は8.5Vで、AEC-Q100 グレード1に準拠しています。・過渡電圧保護仕様　IEC61000-4-2(ESD)：±30kV(空中)、±30kV(接触) 　IEC61000-4-4(EFT)：4kV(5/50ns) 　IEC61000-4-5(雷)：20A(8/20μs)

▽RClamp3374N 低容量4線サージ/ESD保護【RCLAMP3374N.TCT】単価：￥467 (税込) 　TVSダイオードを内蔵したサージ定格ダイオードアレイで、最大8回線を保護することができます。クランプ電圧は18Vで、高速データ伝送ラインに接続されている部品を、ESD(静電気放電)、CDE(ケーブル放電イベント)、EFT(電気的高速過渡現象)によって引き起こされる過電圧から保護するように設計されています。・過渡電圧保護仕様　IEC61000-4-2(ESD)：±30kV(空中)、±30kV(接触) 　IEC61000-4-4(EFT)：40A(5/50ns) 　IEC61000-4-5(雷)：40A(8/20μs)

▽RClamp3354S 低電圧サージ保護【RCLAMP3354S.TCT】単価：￥272 (税込) 　TVSダイオードを備えたサージ定格の低容量ステアリングダイオードアレイで、各デバイスは最大4つの高速回線を保護できます。クランプ電圧は16Vで、5pF未満の低い負荷容量を維持しながら、高レベルのサージ電流(25A、8/20μs)に耐えることができます。・過渡電圧保護仕様　IEC61000-4-2(ESD)：30kV(空中)、30kV(接触) 　IEC61000-4-4(EFT)：40A(5/50ns) 　IEC61000-4-5(雷)：25A(8/20μs)


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