网关,Semtech的LoRa®设备通常居住在电气恶劣的工业环境中。作为LoRaWAN®网络的核心，这些网关需要在现场运行多年。网络的寿命要求网关对设备在其生命周期内可能遇到的一系列瞬态威胁免疫。因此，网关数据端口需要防范过电压瞬变威胁，包括静电放电(ESD)、电快速瞬变(EFT)和雷击浪涌。
典型的基于lora的网关上有多个数据接口端口。每个端口或系统暴露都可能出现过电压瞬变的漏洞。将网关数据端口划分为基本类别是有帮助的:高速数据端口、串行业务端口、射频天线、电源/直流总线端口，以及在某些网关设备上用于加载软件的内存卡。
TVS二极管
TVS二极管具有快速响应时间和优良的夹紧电压特性，是保护系统数据接口的有效解决方案。这些保护元件被设计成箝制瞬态电压和分流瞬态电流远离CMOS收发器电路。先进的TVS二极管提供非常低的夹紧电压和高抗浪涌，电容损失最小。与其他瞬态抑制技术不同，TVS二极管的性能不会随着时间的推移而降低，并保持一致的夹紧性能。
瞬态电压抑制器(TVS)操作©Semtech 2020
对于网关产品，在产品使用寿命内的夹紧性能的稳定性是至关重要的，TVS二极管提供了一个令人注目的优势。TVS二极管也非常适合于保护ESD(快速上升时间瞬态事件)和浪涌(高功率，缓慢上升时间瞬态事件)。这一点很重要，因为许多网关位于室外环境中，因此经常受到闪电诱导的浪涌的影响。
高速端口保护
保护数据线涉及两个基本挑战。第一个任务是保护系统，使保护元件将暂态能量箝位到足够低的阈值，保护收发器IC。第二个任务是确保TVS不会对接口信号完整性产生不利影响。对于高速端口(如以太网或USB)，最小化保护对电路的电容是至关重要的。
关于跟踪路由，高速端口最好使用提供直通布局的TVS组件进行保护。流过封装简单地表示输入和输出引脚的排列方式使封装允许差分对信号迹线在封装下面干净地路由，而没有过多的迹线弯曲或过孔。下面的图表展示了使用流媒体电视设备保护以太网和USB 2.0电路的示例。
使用Semtech的千兆以太网保护方案RClamp®3374牛©Semtech 2020
USB 2.0保护方案使用SemtechRClamp0512TQ©Semtech 2020
串口保护
基于lora的网关还可以提供几个串行数据端口，最常用的是RS-232和RS-485。而乍一看，对低电容的需求可能看不出来米作为关键，RS-485链路可以有多个节点，因此重要的是要考虑数据链路的整体电容预算。通常，对于RS-232和RS-485，电视元件需要承受更高的电压(RS-232通常为±15V，标准RS-485为+12/-7V，扩展共模范围应用为+/-36V)。下图显示了使用低电容TVS阵列保护扩展模式范围RS-485链路的典型ESD和浪涌保护方案。
RS-485保护方案的扩展共模范围使用TClamp®3602便士©Semtech 2020
射频天线
此外，基于lora的网关提供多个具有不同RF协议的天线:Wi-Fi、NFC、GPS、4G，当然还有LoRaWAN。由于TVS是一种非线性元件，可能并将产生不必要的谐波，不仅电容应最小化(通常小于1pF)，而且电容与工作电压的关系应尽可能稳定(不变)。通常，天线最好的保护是使用双向TVS二极管配置，在正极或负极对称夹紧。下图显示了一个使用Semtech RClamp2451ZA器件的LoRa射频链路上的ESD保护示例。
LoRa天线保护RClamp2451ZA©Semtech 2020
电源端口保护
系统电源线和直流母线也代表了过电压瞬变进入PCB的漏洞。与任何孔径或系统开口一样，重要的是在尽可能接近系统入口的地方捕获入侵者。作为电源总线，这些线路可以承受额外的电容，使用具有较高Cj等级的TVS通常是可以接受的。对于VBUS/DC线路，首选单向电视设备。下表为不同电源母线电压下的电视保护方案。
直流线路/VBUS电视保护二极管©Semtech 2020
直流线路/VBUS电视保护与Semtech uClamp®xx71P系列©Semtech 2020
SD卡保护
对于网关的软件更新，系统可能偶尔会使用存储卡。虽然存储卡插槽很少被触摸，但当用户操作时，暴露的引脚使接口非常容易受到ESD电荷传输的损坏。下图说明了用于SD卡的保护解决方案的典型示例。
SD卡连接防静电保护©Semtech 2020
结论
基于lora的网关作为汇聚lora设备采集数据的骨干链路，经常受到瞬态电压的威胁。通过在设计的前端仔细规划，可以使用TVS保护二极管有效地保护网关。重要的是要列出所有关键系统数据端口的清单，并考虑预期环境中潜在的瞬态威胁。在硬件设计的前端规划过电压保护时，前瞻性的方法有助于确保现场坚固的网关，并可以在上市时间和高质量产品方面获得欢迎的红利。bet188软件下载
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