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KOYUELEC光与电子提供AMAZINGIC晶焱科技IP Camera LAN Port ESD/Lightning保护方案 AMAZINGIC晶焱科技电话0755-82574660、82542001 电子通信产品在设计之初，就要事先考虑因ESD/Lightning引发损坏电子元器件的问题。由于从设计到终端客户手中，通常会执行静电放电（ESD）和雷击（Lightning）验证，Lightning可能对芯片造成严重破坏，从而会给厂商带来比较大的损失。因而，研发人员的设计对Lightning的等防护设计需要更加重视。 在一些学校、银行特殊场所，为了保证所在环境师生的安全、记录金融系统的实时画面，绝大多数都会安装IPC（IP Camera）设备。IPC是结合传统摄像机与网络技术所产生的新一代摄像机，它可以将影像通过Internet传到某一位置的远端设备，且远端用户在不需要其它软件的情况下，通过网络浏览器即可实时监控其影音；授权用户还可以控制摄像机云台镜头的动作和系统配置。IPC产品如果因ESD或Lightning的设计不佳，不仅影响设备生产企业的产品合格率，而且也造成终端客户的使用感受，这些问题直接影响产品在市场的品牌形象和地位，所以ESD和Lightning防护设计是电子产品设计中不忽视的环节。 一、ESD会带来哪些危害 摩尔于上世纪60年代发表的杂志中提出，随着时间的推进半导体芯片上所集成的晶体管的数量以指数增长；我们所见的产品演变过程是最好的例子，比如电脑从台式机演变成笔记本型电脑，手持大哥大也演变成6英寸的智能手机终端，不仅是个头上的差异，而且功能和产品性能不知提升了多少；受益于先进的光刻设备带动芯片制造行业，厂家可以在同等大小的晶圆上设计更多的晶体管。IC制程越先进，意味着晶体管极间的距离越小，当然受ESD的抗扰度也会越弱。当设备受到外界ESD脉冲的干扰，如果进入敏感电路则会引起设备出现信息读取错误造成电路故障。 二、现有ESD防护方案中的不足 目前现有的ESD防护设计方案中，也存在其它不足。除了ESD的防护设计，也要注意EOS（Electrical Over Stress 电气过应力）；为了便于接线，室外IPC设备大多通过POE供电，其网络和电源一同铺设在网线槽中；户外设备除了自然界的雷击（Lightning）会造成EOS，市电的波动所形成EOS也会对设备产生影响。ESD和EOS的测试标准分别对应IEC61000-4-2和IEC61000-4-5,相较于ESD的测试波形，EOS测试波形具有持续时间长、破坏能力强的特点（图1），所以在同样电压条件下EOS对芯片的损坏更为严重，再者IPC设备大多数存在于户外，这也是为什么IPC设计会模拟雷击浪涌测试的原因。 图1. ESD和EOS差异 三、LAN 口ESD和Lightning的防护 在IPC产品中LAN为常用性外设接口，选用TVS器件需要了解Lightning参数IPP (Peak Pulse Current) (tp=8/20ms)。针对RJ45二次侧的TVS应用，晶焱科技推出了 AZ1513-04S 针对Line-GND共模抑制方案，该产品为为SOT23-6L封装，集成了4路的IO和1路电源的保护，同时具有ESD和EOS低钳位电压特点（图3）；针对Line-Line 差模抑制方案，推出了SOT23-6L封装产品 AZ1603-02S ，在PCB Layout时轻松匹配差分对的阻抗。10/100/1000M网络的信号传输测试过程中，同样对TVS器件的寄生电容要求极高， AZ1513-04S 和 AZ1603-02S 超低寄生电容参数如附表1，兼顾不同IPC设备与主机间长缆线通信对于寄生容值的冗余要求。 图2. LAN口防护方案 图3. AZ1513-04S 浪涌和TLP测试 LAN口的防雷击设计对PCB 布局要求非常高，除了满足网络变压器一次侧与二次侧间的间距要求、差分对阻抗要求，在TVS的PCB Layout需要注意信号线走向先要经过TVS，且线路越短越好，这样，当外界的ESD和EOS突波来临时能更快速启动TVS，以达到泄放电流的目的。 总结，通常IPC产品在网络变压器一次侧会安装大电流的防雷击器件，但存在钳位电压太高的问题，其中一部分能量通过初级与次级的分布电容耦合到后级电路，从而造成产品损坏；当差分线间形成差模电压时，能量是会通过网络变压器的初级线圈耦合到次级，如不通过TVS泄放多余电流，会造成PHY芯片的损坏，网络变压器二次侧的防护显得更为重要。目前可以看到IPC厂商常规测试标准有±6kV CM（共模测试电压） / ±3.5kV DM（差模测试电压），模拟雷击实验以满足产品在特定场所抵抗雷击能力，降低环境因素造成的产品故，从而节约维修成本且更好的维护品牌口碑。 Parts No. Package Capacitance(pF) Vrwm(V) Channel Vcl_ESD@8kV(V) Vcl_EOS@Ipp(V) Ipp(A) AZ1513-04S SOT23-6L 2 3.3 4 7.5 10 30 AZ1603-02S SOT23-6L 0.9 3.3 4 10 11 18 附表1

  KL25系列和其它的单片机一样为了实现在有限的引脚封装内实现更多的功能每个引脚基本上都是多路复用，当然有些引脚例外，如VDD,VSS,RESET等等。它和有些单片机有所区别，有的单片机多路复用的引脚只要你使能相关的功能，此引脚便自动的成为了该功能相关引脚，而KL25不仅需要使能将用到的功能模块并且还要配置I/O口引脚，而与这个功能设置相关的模块便是MCU内部的Signal Multiplexing and Signal Descriptions Module和Port Control and interrupts Module(PORT)。KL25的端口中不是所有的端口都具有外部中断能力只有PortA和PortD具有中断能力。同样KL25独特的时钟模式即如要想要使用某一功能模块必须要先使能其时钟源，同样在使用PORT模块时首先就是要使能其时钟源。在进行端口引脚分配时注意不要为一个引脚分配多个功能还有具有相同功能的引脚分配的相互之间应尽量靠近如分配I2C功能引脚时CLK和DATA引脚应尽量靠近KL25 PORT模块具有以下特点：1.引脚中断选择。2.端口控制。PORT模块具有以下四种工作模式：1.运行模式。PORT运行正常。2.等待模式。PORT运行正常，如果使能了中断检测能让MCU从低功耗下唤醒，DMA请求仍然可以但不能让MCU从低功耗下唤醒。3.停止模式。在停止模式下PORT能配置为如果中断使能检测的情况下能通过异步的唤醒信号将MCU进行唤醒。4.调试模式。PORT运行正常。PORT模块的相关寄存器不多，主要为PORTx_PCRn,PORTx_GPCLR,PORTx_GPCHR,PORTx_ISFR。设置起来相对较简单。PORTx_PCRn主要是端口相关功能设置，PORTx_GPCLR,PORTx_GPCHR主要是为了同时让几个端口具有相同的设置而不用单独的去进行设置，减小了麻烦。PORTx_ISFR为端口中断状态寄存器主要是相关位的中断标志，如果该位置1后需通过软件对相关位进行重写1，便可清除中断标志位，如果电平检测，当中断产生后如果电平有效状态依旧存在则马上又产生中断。总的来说，KL25的端口操作较为简单。以配置外部中断为例简单说说步骤：1.使能PORTx时钟源。2.为I/O口选择功能。3.配置中断发生模式（电平，边沿，DMA）。