2022 年 1 月 10 日
在我们高度互联的社会中，Wi-Fi 技术无处不在。自 1997 年标准化以来，Wi-Fi 协议不断发展，并带来更快的数据速率和更高的吞吐量。
最新一代的 Wi-Fi (Wi-Fi 6/6E) 工作频率为 2.4/5/6GHz (6E)，具有三频段连接功能，能够分别实现 600Mbps、6.9Gbps 和 9.6Gbps 的理论数据速率（见图 1）。虽然 Wi-Fi 6 和 6E 技术为每个空间流带来千兆速度，但 Wi-Fi 6E 支持 6GHz 无线频谱，提供更宽的通道、连续的频谱、更少的干扰和极低的延迟。
Figure 1. The evolution of Wi-Fi - Source: Airgain
Wi-Fi 路由器
Wi-Fi 革命的核心是无线路由器。Wi-Fi 路由器用作互联网网关。它将计算机、打印机、平板电脑、智能手机、智能电视和物联网 (IoT) 等支持 Wi-Fi 的器件连接到互联网。
这些路由器具有许多数据连接端口，以增强用户体验。Wi-Fi 6/6E 路由器通常具有多个高速有线网络接口，包括以太网、USB 和 Wi-Fi 天线端口。还有很多路由器集成了 xDSL、Cable DOCSIS 或光调制解调器。此外，一些路由器提供以太网供电 (PoE) 作为电源选项，许多路由器使用直流电源。
由于用户经常交互和操作这些数据端口，它们极易受到瞬态过电压威胁的影响，例如静电放电 (ESD)、电缆放电 (CDE) 或浪涌事件。系统设计人员必须使用外部系统级 ESD 和浪涌防护器件保护这些路由器免受恶劣的系统 ESD、电气快速瞬变 (EFT) 和电气过载 (EOS) 威胁，以确保产品的稳健性。瞬态电压抑制器 (TVS) 具备保护路由器接口免受这些过电压威胁的关键电气特性。
Wi-Fi 天线保护
在保护敏感的 Wi-Fi 收发器免受天线上的 ESD 冲击并保持最佳射频 (RF) 性能时，必须查看 TVS 数据表并选择具有合适电气特性的器件。关键考虑因素应该是 TVS 工作电压 (Vrwm)、线性度和电容。
由于 Wi-Fi 6 天线在 2.4/5GHz 无线频谱上运行，并且 Wi-Fi 6E 增加了对新 6GHz 频段的支持，因此需要低电容 TVS 以最大限度地减少插入损耗和回波损耗。TVS 电容特性也应在反向电压范围内保持恒定，以减少谐波失真。大多数 Wi-Fi 6/6E 路由器都在低功率（室内）模式下运行，其最大功率谱密度 (PSD) 为 27dBm @160MHz 通道。因此，TVS 的工作电压需要高于发射功率的峰值幅度，以保证 TVS 在正常工作期间以高阻抗状态运行。
下图 2 所示为低电容、高线性度的 Semtech TVS RClamp1851ZA，用于保护 Wi-Fi 6/6E 天线端口。
图 2：使用 RClamp1851ZA 保护 Wi-Fi 6/6E 天线端口
高速数据线保护
Wi-Fi 6/6E 路由器通常具有多个高速接口，例如以太网和 USB 端口。保护这些高速端口的主要挑战是保持高速差分信号的信号完整性，同时确保收发器 IC 免受瞬态事件的影响。
为了保持高速线路的信号完整性，将 TVS 引起的电容负载降至最低至关重要。此外，快速 TVS 开启时间和低 ESD/浪涌钳位电压将保护下游收发器免受有害瞬态能量的影响。下图 3 所示为低电容、低钳位、高浪涌 Semtech TVS RClamp3361P，用于保护多千兆以太网端口。
图 3：使用 RClamp3361P 保护多千兆以太网端口
同样，USB Type-C 端口也容易受到 ESD 和浪涌事件的影响。图 4 所示为推荐的用于保护 Type-C 引脚的 Semtech TVS 器件。
图 4：保护 USB Type-C 连接器
一些 Wi-Fi 6/6E 路由器集成了 xDSL G.Fast 调制解调器，可为 FTTx 应用提供类似光纤的速度。图 5 所示为 Semtech TVS TClamp2492S，用于保护 G.Fast 线路驱动器。
图 5：使用 TClamp2492S 保护 G.Fast 线路驱动器
电源线保护
在浪涌事件期间，电源稳定性对于防止 W-Fi 6/6E 路由器发生灾难性故障至关重要。保证路由器稳健性的方法之一是为电源线添加外部保护。下表所示为 Semtech uClampxx61P 系列器件，用于为 Wi-Fi 6/6E 路由器和通用 I/O 提供 VBUS 和电源线保护。
| 产品编号 | # of Lines | Config | VRWM | ESD Rating Contact/Air | Surge Rating (8/20us) | Clamping Voltage (8/20us) | Cap (Max) | Operating Temp (°C) | 封装 Dimensions (mm) |
| uClamp0561P | 1 | Unidirectional | 5V | 30kV / 30kV | 80A | 15V | 800pF | -40 to +125 | 1.6 x 0.80 x 0.5 |
| uClamp1061P | 1 | Unidirectional | 10V | 30kV / 30kV | 60A | 25V | 350pF | -40 to +125 | 1.6 x 0.80 x 0.5 |
| uClamp1261P | 1 | Unidirectional | 12V | 30kV / 30kV | 45A | 33V | 275pF | -40 to +125 | 1.6 x 0.80 x 0.5 |
| uClamp1561P | 1 | Unidirectional | 15V | 30kV / 30kV | 40A | 40V | 220pF | -40 to +125 | 1.6 x 0.80 x 0.5 |
| uClamp2461P | 1 | Unidirectional | 24V | 30kV / 30kV | 23A | 65V | 165pF | -40 to +125 | 1.6 x 0.80 x 0.5 |
| uClamp3061P | 1 | Unidirectional | 30V | 30kV / 30kV | 18A | 65V | 155pF | -40 to +125 | 1.6 x 0.80 x 0.5 |
| uClamp3661P | 1 | Unidirectional | 36V | 30kV / 30kV | 18A | 70V | 150pF | -40 to +125 | 1.6 x 0.80 x 0.5 |
| uClamp4061P | 1 | Unidirectional | 40V | 30kV / 30kV | 12A | 80V | 125pF | -40 to +125 | 1.6 x 0.80 x 0.5 |
| uClamp6061P | 1 | Unidirectional | 60V | 30kV / 30kV | 8A | 105V | 110pF | -40 to +125 | 1.6 x 0.80 x 0.5 |
图 6：使用 uClampxx61P 保护 VBUS
另一种电源实现是以太网供电 (PoE)。一些路由器支持 PoE 作为备用电源。PoE 通常集成在路由器的广域网 (WAN) 端口上，标称电源电压为 48V。图 7 所示为 Semtech 的 SurgeSwitch™ TDS5801P，用于保护 RJ45 连接器的中心抽头。
图 7：使用 TDS5801P 保护 PoE
结论
当今最新的 Wi-Fi 路由器越来越容易受到瞬态尖峰电压的损坏。但通过在电路设计的早期阶段预先考虑，可在每个关键数据接口处使用 TVS 保护器件来保护这些系统。Semtech 是电路保护领域公认且值得信赖的领导者，为一些最具挑战性的 ESD 和浪涌保护挑战提供多种解决方案。请在我们的网站上阅读有关我们解决方案的更多信息。
Semtech, the Semtech logo, RClamp, SClamp, and TClamp are registered trademarks or service marks, and SurgeSwitch is a trademarks or service mark, of Semtech Corporation or its affiliates.
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