网关,Semtech的罗拉®设备通常居住在电力恶劣的工业环境中。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时威胁具有免疫力。因此，网关数据端口需要保护过电压瞬变威胁，包括静电放电(ESD)、电快速瞬变(EFT)和雷击浪涌。
典型的基于lora的网关有多个数据接口端口。每个端口或系统暴露都可能对过电压瞬变产生脆弱性。将网关数据端口划分为基本类别是很有帮助的:高速数据端口、串行业务端口、射频天线、电源/DC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良好的夹紧电压特性，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收发电路。先进的电视二极管提供非常低的夹紧电压和高抗浪涌能力，最小的电容惩罚。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下降，并保持一致的夹紧性能。
暂态电压抑制器(TVS)操作©Semtech 2020
对于网关产品，整个产品寿命周期内夹紧性能的稳定性是至关重要的，而电视二极管提供了一个引人注目的优势。TVS二极管也非常适合于防止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，因此经常受到雷击引起的浪涌的影响。
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，使保护元件将瞬态能量箝制到一个足够低的阈值，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造成不利影响。对于高速端口(如以太网或USB)，关键是尽量减少保护电路的电容。
关于跟踪路由，高速端口最好由提供流通布局的TVS组件保护。通流封装简单地意味着输入和输出引脚的排列，使封装允许差分对信号轨迹在封装下方清晰地路由，而没有过多的轨迹弯曲或过孔。下面的图表展示了用流贯电视设备保护以太网和USB 2.0电路的例子。
使用Semtech的千兆以太网保护方案RClamp®3374牛©Semtech 2020
使用Semtech的USB 2.0保护方案RClamp0512TQ©Semtech 2020
串行端口保护
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，对低电容的需要可能看不出来米重要的是，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。一般来说，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)。下图显示了一个典型的ESD和surge protection方案，使用低电容电视阵列来保护扩展模式范围的RS-485链路。
使用RS-485扩展共模范围保护方案TClamp®3602便士©Semtech 2020
射频天线
此外，基于LoRaWAN的网关提供了多个具有不同射频协议的天线:Wi-Fi、NFC、GPS、4G，当然还有LoRaWAN。由于TVS是一种非线性元件，可以并且将会产生不必要的谐波，不仅电容应该最小化(一般小于1pF)，而且电容与工作电压的比值应该尽可能稳定(不变)。通常，天线最好的保护使用双向电视二极管配置与对称夹紧在正或负极性。下图展示了一个使用Semtech RClamp2451ZA器件的LoRa射频链路上的ESD保护示例。
LoRa天线保护与RClamp2451ZA©Semtech 2020
电源端口保护
系统电源线和直流总线也代表过电压瞬变进入PCB的漏洞。与任何孔径或系统开口一样，在尽可能接近系统入口的地方捕获入侵者瞬态是很重要的。作为电源总线，这些线路容忍额外的电容，使用具有较高Cj等级的电视机通常是可以接受的。对于VBUS/DC线路，首选单向电视设备。下表给出了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
DC Line/VBUS TVS Protection with Semtech uClamp®xx71P Family©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接触，但暴露的引脚使接口非常容易受到静电放电传输的损害，当用户处理时。下图演示了SD卡保护解决方案的典型示例。
SD卡连接ESD防护©Semtech 2020
结论
作为基于lora的设备采集数据的骨干链路，lora网关经常受到瞬态电压的威胁。通过对设计前端的精心规划，可以有效地使用TVS保护二极管对网关进行保护。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时威胁。在硬件设计的前端规划过电压保护的前瞻性方法有助于确保现场的良好加固网关，并可以在上市时间和高质量产品方面获得可喜的回报。bet188软件下载
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