跳转至主要内容

保护 Wi-Fi 6/6E 路由器免受浪涌威胁

10 January 2022 / by Henry Chiu

保护 Wi-Fi 6/6E 路由器免受浪涌威胁

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。

Evolution of Wi-FiFigure 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。

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。

Protection of the multi-gig Ethernet

Figure 3: Protection of the multi-gig Ethernet port with RClamp3361P

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。

Protection of USB Type C

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。

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

 

Protection of the VBus with uClampxx61P

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。

Protection of PoE with TDS5801P

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。

探索关于电路保护的更多内容

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.

主题:电路保护

作者 Henry Chiu

订阅博客

近期文章