滿足GMSL靜電防護要求的方案

什么是GMSL？它是做什么用的？它有什么優(yōu)點？設(shè)計GMSL防靜電有啥難度？

帶著這些疑問我們先了解下什么是GMSL。

一．簡述 GMSL

GMSL（Gigabit Multimedia Serial Link）即千兆多媒體串行鏈路，是 Maxim 公司推出的一種高速串行接口，適用于音頻、視頻和控制信號的傳輸。

通信介質(zhì)支持同軸電纜以及屏蔽雙絞線，使用50Ω同軸電纜或者100Ω屏蔽雙絞線（STP）時，長度可達15米。其核心技術(shù)是串行器/解串器技術(shù)（SerDes），首先通過串行器將并行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)為串行數(shù)據(jù)流，然后通過更高的頻率進行傳輸，之后再通過解串器將接收到的串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)流。

GMSL 的意義在于解決了音頻、視頻和控制信號的高速傳輸問題。在此之前，大量數(shù)據(jù)傳輸通常采用并行總線增加帶寬，但線束過多會增加成本、重量和 EMI 電磁干擾。當數(shù)據(jù)量達到一定量級后，并行總線的劣勢顯現(xiàn)，如難以和時鐘同步、布線長度差異導致同步困難、信號線間相互干擾等，這是并行總線的技術(shù)瓶頸。而串行總線不存在信號線間干擾和同一時序問題，只需提高頻率，且工業(yè)上一般使用差分信號傳輸，更能保證信號準確性，所以目前面對高數(shù)據(jù)流傳輸，串行總線被廣泛采用。

二． GMSL 應(yīng)用場合

GMSL 常見的應(yīng)用場景包括以下幾方面：

1. 汽車電子領(lǐng)域：用于車載攝像頭、顯示屏等設(shè)備之間的高速數(shù)據(jù)傳輸，以支持高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和車載信息娛樂系統(tǒng)。

2. 工業(yè)自動化：在工廠自動化設(shè)備中，連接各類傳感器、攝像頭和控制單元，實現(xiàn)高速、可靠的數(shù)據(jù)通信。

3. 安防監(jiān)控系統(tǒng)：用于連接監(jiān)控攝像頭和監(jiān)控中心的設(shè)備，確保高清視頻信號的穩(wěn)定傳輸。

4. 醫(yī)療設(shè)備：例如在醫(yī)療成像設(shè)備中，實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的快速傳輸和處理。

所以GMSL應(yīng)用就在我們身邊，這些應(yīng)用場景都依賴于它能夠提供的高速、低延遲和抗干擾的數(shù)據(jù)傳輸能力。

三．GMSL 具有以下特點和優(yōu)勢

- 高速率：目前基于 GMSL 架構(gòu)的通信協(xié)議最高可實現(xiàn)單通道 6Gbps（GMSL2） 的速率。

- 遠距離：使用特定線纜時傳輸距離15米。

- 抗干擾性強：串行傳輸方式及差分信號傳輸使其具有較強的抗干擾能力。

GMSL 技術(shù)經(jīng)歷了較長的發(fā)展時間。第一代 GMSL 從 2003 年開始，最高支持 3Gbps 的傳輸速率，可傳輸 1080p/30fps（1 百萬-3 百萬像素）的視頻流數(shù)據(jù)；2017 年之后出現(xiàn)的 GMSL2 代技術(shù)，傳輸帶寬提升至 6Gbps，能輕松傳輸 4K/30fps（8 百萬像素）的視頻流數(shù)據(jù)。

四．GMSL-POC設(shè)計

GMSL-POC 是現(xiàn)在大家應(yīng)用的比較多的一項技術(shù)，POC 則是指同軸電纜供電（Power Over Coaxial），也就是在同軸線纜中除了傳輸 GMSL 串行數(shù)據(jù)外，還同時傳輸電源。

在 GMSL 系統(tǒng)中使用 POC 技術(shù)具有一些優(yōu)勢，例如減少線纜數(shù)量、簡化系統(tǒng)布線等。POC 電路設(shè)計的原則是通過多個電感構(gòu)成寬頻帶濾波器，在低頻時使 DC 直流電源順利通過，在高頻時具有足夠大的阻抗以抑制正向通道數(shù)據(jù)（如攝像頭采集的數(shù)據(jù)信號）及反向通道（控制信號）數(shù)據(jù)通過，防止信號泄露到直流電源端。同時采用電容隔離直流信號，耦合高速信號，以確保高速信號在要求的帶寬區(qū)間內(nèi)順利通過。

在實際應(yīng)用中，為了確保 GMSL POC 系統(tǒng)的正常運行，需要合理配置相關(guān)的電阻、電感等元件，并根據(jù)具體的電壓情況（如 5V 或 12V POC）進行調(diào)整。同時，要注意保護系統(tǒng)免受過壓和過流等情況的影響。

GMSL-POC系統(tǒng)設(shè)計框圖如下：

五． 關(guān)于GMSL靜電保護

1. 為什么需要增加靜電保護器件

我們知道靜電放電（ESD）是一種電荷的積累，靜電可能會導致GMSL 相關(guān)的設(shè)備出現(xiàn)各種問題，例如功能失效、數(shù)據(jù)錯誤、甚至永久性損壞等。在一些對可靠性要求較高的應(yīng)用場景中，如汽車電子系統(tǒng)，微小的靜電脈沖都可能干擾或破壞數(shù)據(jù)的傳輸，影響整個系統(tǒng)的正常運行。具體來說，GMSL 常用于視頻、音頻和控制信號的傳輸，這些信號對干擾較為敏感。靜電可能通過各種途徑引入到系統(tǒng)中，例如人體接觸、設(shè)備之間的摩擦、環(huán)境中的靜電積累等。

為了確保 GMSL 系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠運行，采取靜電保護措施是必要的。這些保護措施通常包括使用具有靜電保護功能的芯片比如ESD二極管，如上圖D1，D2，D3，D4。有的芯片內(nèi)部有ESD保護，比如MAX96705就具有±8kV 接觸放電 ESD 保護和±15kV 氣隙放電保護，但這個量級的保護沒有達到您的要求，所以需要外部增加一顆，文章后面的列表中列出的上海雷卯幾款抗靜電能力較強的ESD二極管，抗靜電能力都高于芯片內(nèi)部。有了外部ESD二極管的保護從而提升了系統(tǒng)的抗靜電干擾能力，保證在存在一定靜電環(huán)境的情況下，GMSL 設(shè)備仍能正常工作，可靠地傳輸數(shù)據(jù)。

2. ESD 二極管的放置位置

按一般常理來說ESD二極管應(yīng)該放置在連接器的接口處，但對于GMSL-POC系統(tǒng)ESD二極管放在靠近Serializer/Deserializer芯片管腳處更為合適，為什么？

對于帶有POC的GMSL系統(tǒng) ,如果POC 供電電壓是12V , ESD二極管的擊穿電壓必須高壓12V ，POC才能正常工作，否則一上電ESD二極管處于擊穿狀態(tài)，POC無法正常供電。但如果所選二極管擊穿電壓高于12V , 當?shù)陀?2V的靜電引入后，Serializer/Deserializer芯片管腳容易被打壞，無法做到很好保護，因此把ESD二極管放在Serializer/Deserializer芯片管腳處是比較合適的。如果GMSL不使用POC , 可以選擇把ESD二極管放在接口處。

我們根據(jù)所選Serializer/Deserializer管腳電平，選擇合適的ESD二極管做保護。

3. 上海雷卯推出的幾款GMSL 靜電保護二極管

如想詳細了解這幾款ESD二極管，請聯(lián)系上海雷卯銷售人員或者EMC小哥。

審核編輯 黃宇