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防護(hù)思路
首先，網(wǎng)口的防雷可以采用兩種思路：一種思路是要給雷電電流以泄放通路，把高壓在變壓器之前泄放掉，盡可能減少對(duì)變壓器影響，同時(shí)注意減少共模過(guò)電壓轉(zhuǎn)為差模過(guò)電壓的可能性。另一種思路是利用變壓器的絕緣耐壓，通過(guò)良好的器件選型與PCB設(shè)計(jì)將高壓隔離在變壓器的初級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)接口的隔離保護(hù)。室外走線網(wǎng)口防雷電路和室內(nèi)走線網(wǎng)口防雷電路就分別采用的是這兩種思路。
1. 室外走線網(wǎng)口防雷電路
當(dāng)有可能室外走線時(shí)，端口的防護(hù)等級(jí)要求較高，防護(hù)電路可以按圖設(shè)計(jì)。圖中室外走線網(wǎng)口防護(hù)電路的基本原理圖，從圖中可以看出該電路的結(jié)構(gòu)與室外走線E1口防雷電路類(lèi)似。共模防護(hù)通過(guò)氣體放電管實(shí)現(xiàn)，差模防護(hù)通過(guò)氣體放電管和TVS管組成的二級(jí)防護(hù)電路實(shí)現(xiàn)。圖中G1和G2是三極氣體放電管，型號(hào)是leiditech 3R090-5S，它可以同時(shí)起到兩信號(hào)線間的差模保護(hù)和兩線對(duì)地的共模保護(hù)效果。
中間的退耦選用2.2Ω/2W電阻，使前后級(jí)防護(hù)電路能夠相互配合，電阻值在保證信號(hào)傳輸?shù)那疤嵯卤M可能往大選取，防雷性能會(huì)更好，但電阻值不能小于2.2Ω。后級(jí)防護(hù)用的TVS管，因?yàn)榫W(wǎng)口傳輸速率高，在網(wǎng)口防雷電路中應(yīng)用的組合式TVS管需要具有更低的結(jié)電容，這里推薦的器件型號(hào)為上海雷卯電子SLVU2.8-4。
三極氣體放電管的中間一極接保護(hù)地PGND，要保證設(shè)備的工作地GND和保護(hù)地PGND通過(guò)PCB走線在母板或通過(guò)電纜在結(jié)構(gòu)體上匯合（不能通過(guò)0Ω電阻或電容），這樣才能減小GND和PGND的電位差，使防雷電路發(fā)揮保護(hù)作用。電路設(shè)計(jì)需要注意RJ45接頭到三極氣體放電管的PCB走線加粗到40mil，走線布在TOP層或BOTTOM層。若單層不能布這么粗的線，可采取兩層或三層走線的方式來(lái)滿(mǎn)足走線的寬度。退耦電阻到變壓器的PCB走線建議采用15mil線寬。
該防雷電路的插入損耗小于0.3dB，對(duì)100M以太網(wǎng)口的傳輸信號(hào)質(zhì)量影響比較小。
2. 室內(nèi)走線網(wǎng)口防雷電路
當(dāng)只在室內(nèi)走線時(shí)，防護(hù)要求較低，因此防雷電路可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，如圖所示，室內(nèi)走線網(wǎng)口防護(hù)電路的基本原理圖
RJ45接頭的以太網(wǎng)信號(hào)電纜是平衡雙絞線，感應(yīng)的雷電過(guò)電壓以共模為主，如果能夠?qū)^(guò)電壓進(jìn)行有效的防護(hù)，差模的防護(hù)選用小量級(jí)的器件就可以了，通常可以選用SLVU2.8-4，它可以達(dá)到差模0.5kV（1.2/50us）的防護(hù)能力，但是當(dāng)產(chǎn)品目標(biāo)包括北美市場(chǎng)時(shí)，差模防護(hù)器件推薦選用LC03-3.3，它可以滿(mǎn)足NEBS認(rèn)證的需求。
從共模防護(hù)的角度對(duì)室內(nèi)室外這兩種電路做一下比較。室外標(biāo)準(zhǔn)的電路采用氣體放電管實(shí)現(xiàn)共模的防護(hù)，當(dāng)端口處有共模過(guò)電壓產(chǎn)生時(shí)，通過(guò)擊穿氣體放電管轉(zhuǎn)化成過(guò)電流并泄放，從而達(dá)到保護(hù)的目的。
而圖室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)口防護(hù)電路只設(shè)計(jì)了差模的防護(hù)電路，沒(méi)有設(shè)計(jì)共模的防護(hù)電路，它在端口的共模防護(hù)上采用就是我們前面說(shuō)的隔離保護(hù)的思路，它利用網(wǎng)口變壓器的隔離特性實(shí)現(xiàn)端口的共模防護(hù)。當(dāng)端口處有過(guò)電壓產(chǎn)生時(shí)，這個(gè)過(guò)電壓會(huì)加到網(wǎng)口變壓器的初級(jí)，由于變壓器有一定的隔離特性，只要過(guò)電壓不超過(guò)變壓器初級(jí)與次級(jí)的耐壓能力而被擊穿，過(guò)電壓會(huì)完全被隔離在初級(jí)側(cè)，從而對(duì)次級(jí)側(cè)基本不造成影響，達(dá)到端口保護(hù)的目的。
從上述原理可以看出，室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的這種電路的共模防護(hù)主要靠變壓器前級(jí)的PCB走線以及變壓器的絕緣耐壓實(shí)現(xiàn)，因此要嚴(yán)格注意器件的選型和PCB的設(shè)計(jì)。首先，在以太網(wǎng)口電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)樹(shù)立高壓線路和低壓線路分開(kāi)的意識(shí)。其中變壓器接外線側(cè)的以太網(wǎng)差分信號(hào)線、Bob-Smitch電路是直接連接到RJ45接頭上的，容易引入外界的過(guò)電壓（如雷電感應(yīng)等），是屬于高壓信號(hào)線。而指示燈控制線、電源、GND是由系統(tǒng)內(nèi)提供，屬于低壓線路。
設(shè)計(jì)與測(cè)試
電子產(chǎn)品的接口防護(hù)需用過(guò)壓保護(hù)器件，很多工程師意識(shí)到要用保護(hù)器件，但由于選型不當(dāng)或沒(méi)按照 ESD 電路 PCB 設(shè)計(jì)原則，造成產(chǎn)品靜電測(cè)試或 EMC 測(cè)試不通過(guò)，產(chǎn)品多次驗(yàn)證測(cè)試，浪費(fèi)人力財(cái)力，造成產(chǎn)品延遲上市的事情總有發(fā)生，或過(guò)度設(shè)計(jì)，造成成本壓力。
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工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論