接口防護(hù)電路-網(wǎng)口

1、1 網(wǎng)口1.1 網(wǎng)口網(wǎng)口按傳輸速率分為十兆、百兆、千兆網(wǎng)口，結(jié)合公司實(shí)際情況，目前使用最多的是百兆和千兆網(wǎng)口。100BASE-TX 是 IEEE 802.3u 標(biāo)準(zhǔn)，是一種使用5類數(shù)據(jù)級(jí)無(wú)屏蔽雙絞線或屏蔽雙絞線的快速以太網(wǎng)技術(shù)。它使用兩對(duì)雙絞線，一對(duì)用于發(fā)送，一對(duì)用于接收數(shù)據(jù)。在傳輸中使用4B/5B 編碼方式，信號(hào)頻率為125MHz。符合EIA586 的5類布線標(biāo)準(zhǔn)和IBM 的SPT 1類布線標(biāo)準(zhǔn)。使用同10BASE-T 相同的RJ-45 連接器。它的最大網(wǎng)段長(zhǎng)度為100 米。它支持全雙工的數(shù)據(jù)傳輸。5類電纜的傳輸速度最小為0.57bt/m（bt 表示10ns），快速以太網(wǎng)規(guī)定網(wǎng)絡(luò)接口PHY的

2、延遲不能超過25bt，I類中繼器的任意兩個(gè)端口的延遲不能超過70bt，II 類中繼器（所有端口都是100BASE-TX）的任意兩個(gè)端口的延遲不能超過46bt。根據(jù)以上計(jì)算，在保證能夠完成沖突檢測(cè)的前提下，5 類電纜布線的長(zhǎng)度可以大于100 米。但是在電纜安裝的時(shí)候，必須符合EIA/TIA-568 標(biāo)準(zhǔn)，它描述了接線箱和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的電纜長(zhǎng)度。這一段長(zhǎng)度在以太網(wǎng)規(guī)范中定義為鏈段。100BASE-TX 規(guī)范支持最大長(zhǎng)度為100 米的鏈段。就是說(shuō)連接任意兩個(gè)MDI的網(wǎng)線的長(zhǎng)度不能大于100 米。所以在100BASE-TX 中PHY 的設(shè)計(jì)只要保證最大長(zhǎng)度100 米的應(yīng)用。1000BASE-TX 是I

3、EEE802.3z標(biāo)準(zhǔn)，速率為1000Mbit/s（1Gbit/s），最大電纜長(zhǎng)度為100米。1000Base-TX是基于四對(duì)雙絞線，但卻是以兩對(duì)線發(fā)送，兩對(duì)線接收(類似于100Base-TX的一對(duì)線發(fā)送一對(duì)線接收)。由于每對(duì)線纜本身不進(jìn)行雙向的傳輸，線纜之間的串?dāng)_就大大降低，同時(shí)其編碼方式也相對(duì)簡(jiǎn)單。這種技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的接口要求比較低，不需要非常復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)，降低了網(wǎng)絡(luò)接口的成本。但由于使用線纜的效率降低了(兩對(duì)線收，兩對(duì)線發(fā))，要達(dá)到1000Mbps的傳輸速率，要求帶寬就超過100MHz，也就是說(shuō)在五類和超五類的系統(tǒng)中不能支持該類型的網(wǎng)絡(luò)。一定需要六類系統(tǒng)的支持。1.2 網(wǎng)口特性1.2.1

4、PHY 與以太網(wǎng)的接口（MDI）（媒介支持接口）PHY =PHYSICAL LAYER DEVICE 即物理層器件。此規(guī)范中提到的PHY是指專用于以太網(wǎng)，支持IEEE 802.3 100Mbps 物理層應(yīng)用的收發(fā)器。即通過雙絞線可使用在100Mbps(100BASE-TX)以太網(wǎng)的物理層器件。圖一：典型PHY接口圖TD = 信號(hào)傳輸器 outputRD = 信號(hào)接收器 inputBALUN = 平衡器或隔離耦合變壓器 N = 1:1 同相雙絞線 = UTP5MDI = 媒介支持接口50 = CMOS電路匹配電阻75 = UTP5耦合瀉放電阻104 = RC串聯(lián)端接匹配電容102 = UTP5耦

5、合能量瀉放電容1.2.2 工作原理典型的PHY之間的連接主要由TD電路、阻抗匹配電路、BALUN、RJ45、UTP5、RD電路等幾部分組成。假設(shè)A+/-上輸出正邏輯，則在BALUN前級(jí)產(chǎn)生順時(shí)針方向的電流，后級(jí)感生逆時(shí)針方向電流。因BALUN的匝比為1：1，則前后級(jí)電壓幅值相同；因BALUN的線圈屬同名，則電流方向相反。經(jīng)過雙絞線傳輸后再經(jīng)過一級(jí)BALUN轉(zhuǎn)換，BALUN后級(jí)得到一個(gè)順時(shí)針方向的電流。由于此級(jí)線圈屬于電流源，線圈的上端電勢(shì)高于下端，則B+/-上檢測(cè)到正邏輯。A、 TD電路輸出差分信號(hào)，信號(hào)典型幅值在2.2 2.8v之間（電壓值根據(jù)參照的10BASE-T和100BASE-TX也有

6、一定差異）；A+ > A-時(shí)，表示正邏輯（即1），反之表示負(fù)邏輯（即0）。B、 匹配電路是為了配合TD和RD電路的阻抗特性，最大程度避免因傳輸造成的共模騷擾和信號(hào)反射，所以采用100ohm差分阻抗網(wǎng)絡(luò)匹配。差分信號(hào)在TD和RD之間屬于無(wú)損傳輸，即理想條件下A+/-的信號(hào)會(huì)100%傳輸?shù)紹+/-端，中間沒有電壓降，只有傳輸?shù)难訒r(shí)。由于實(shí)際非理想無(wú)損傳輸網(wǎng)絡(luò)，T+t時(shí)刻輸出端會(huì)不同程度的接收到由輸入端反射回的T時(shí)刻輸出信號(hào)。若輸出端接收到反射電壓值超過輸入門限閥值，會(huì)造成輸出邏輯錯(cuò)誤，則匹配電路在傳輸網(wǎng)絡(luò)中非常關(guān)鍵。C、 RD電路接收差分輸入信號(hào)，邏輯關(guān)系同TD電路。D、 雙絞線作為100B

7、ASE-TX協(xié)議下網(wǎng)絡(luò)傳輸媒介，其中常規(guī)的種類有UTP3、UTP4、UTP5，UTP5最為常見。E、 BALUN即不平衡變壓器，其作用a、隔離MDI接口內(nèi)部和外部信號(hào)；b、實(shí)現(xiàn)阻抗變換傳遞；c、通常網(wǎng)絡(luò)端口使用的BALUN內(nèi)部會(huì)集成一個(gè)4線的共模抑制電感，以減少傳輸線上的共模騷擾溢出；d、增加回波損耗。1.2.2.1 PHY的MDI接口的要求PHY的MDI接口通過隔離變壓器和RJ45后與網(wǎng)線相接，主要目的是為了實(shí)現(xiàn)電氣隔離和對(duì)電磁干擾的屏蔽。在IEEE 802.3中明確指出MDI接口要承受波形1.2/50us，電壓2400V，正負(fù)極性各十次，間隔時(shí)間不短于1s的浪涌測(cè)試。1.2.3 MDI接口

8、連接器MDI接口連接器即下圖中我們常用的RJ45插座和水晶頭。1.3 網(wǎng)口適用測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)口最大傳輸距離達(dá)到100m，其接口電路通常需要通過以下端口測(cè)試：ESD、EFT、SURGE、傳導(dǎo)抗擾度等，并根據(jù)不同設(shè)備供電方式及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不同測(cè)試方法和等級(jí)不同。A、ESD測(cè)試B、EFT測(cè)試C、射頻場(chǎng)感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度測(cè)試D、SURGE測(cè)試 1.4 網(wǎng)口通訊典型電路1.4.1 常規(guī)網(wǎng)口電路設(shè)計(jì)常規(guī)網(wǎng)口電路1.4.1.1 設(shè)計(jì)要求A、 PGND網(wǎng)絡(luò)不能懸空。B、 RJ45-pin4、5、7、8不能懸空，否則對(duì)網(wǎng)線傳導(dǎo)騷擾指標(biāo)有影響。C、 75R電阻必須使用0805封裝。D、 102電容必須使用Y2型安規(guī)電容

9、（耐壓2.5kv，失效模式為開路）。E、 初級(jí)線圈抽頭并聯(lián)在一起，次級(jí)線圈抽頭可并聯(lián)在一起，但初/次級(jí)抽頭不能前后并聯(lián)連接。F、 次級(jí)線圈抽頭連接偏置電壓，需并聯(lián)去耦電容103/104均可。G、 RJ45外殼若為金屬殼，其外殼插座在PCB板上必須和PE連接。1.4.1.2 性能特點(diǎn)A、 標(biāo)準(zhǔn)鮑勃史密斯平衡網(wǎng)絡(luò)電路，所有元件成熟，成本低。B、 絕緣強(qiáng)度：網(wǎng)絡(luò)變壓器前后兩級(jí)之間滿足1.5kv（AC）要求，此規(guī)格需要網(wǎng)絡(luò)變壓器支持，通常公司庫(kù)中網(wǎng)絡(luò)變壓器均滿足此要求。C、 此結(jié)構(gòu)電路不具備共模/差模雷擊浪涌防護(hù)能力，在常規(guī)應(yīng)用中僅能承受數(shù)次1kv以下共模雷擊浪涌沖擊，失效機(jī)率很高。D、 RJ45金屬

10、外殼接地后，接觸放電滿足6KV要求。1.4.2 防雷型網(wǎng)口電路設(shè)計(jì)一（推薦電路）防雷型網(wǎng)口電路一1.4.2.1 設(shè)計(jì)要求A、 PGND網(wǎng)絡(luò)不能懸空。B、 RJ45-pin4、5、7、8不能懸空，否則對(duì)網(wǎng)線傳導(dǎo)騷擾指標(biāo)有影響。C、 75R電阻必須使用0805封裝。D、 102電容必須使用Y2型安規(guī)電容（耐壓2.5kv，失效模式為開路）。E、 GDT選型直流動(dòng)作電壓大于400VDC，最大通流量不小于500A。F、 初級(jí)線圈抽頭并聯(lián)在一起，次級(jí)線圈抽頭可并聯(lián)在一起，但初/次級(jí)抽頭不能前后并聯(lián)連接。G、 次級(jí)線圈抽頭連接偏置電壓，需并聯(lián)去耦電容103/104均可。H、 RJ45外殼若為金屬殼，其外殼插

11、座在PCB板上必須和PE連接。I、 靠近PHY芯片側(cè)增加鉗位管及TVS管器件。鉗位管BAV99配合TVS管整體方案成本較低；鉗位管集成陣列整體集成度高，體積小，適合高密度產(chǎn)品。（備選，若PHY芯片或layout設(shè)計(jì)可靠性高時(shí)，可不增加此部分電路）J、 網(wǎng)絡(luò)變壓器初級(jí)抽頭必須全部并聯(lián)在一起，在75R和102電容串聯(lián)回路并聯(lián)氣體放電管，氣體放電管必須為直流放電電壓不小于400VDC。氣體放電管連接到網(wǎng)絡(luò)變壓器各抽頭的走線，需要保證1-1.5mmPCB走線寬度，并且此網(wǎng)絡(luò)與初級(jí)網(wǎng)絡(luò)保持不小于1mm間距，與次級(jí)網(wǎng)絡(luò)保持不小于2mm間距。1.4.2.2 性能特點(diǎn)A、 標(biāo)準(zhǔn)鮑勃史密斯平衡網(wǎng)絡(luò)電路，所有元件

12、成熟，成本低。B、 絕緣強(qiáng)度：網(wǎng)絡(luò)變壓器前后兩級(jí)之間滿足1.5kv（AC）要求，此規(guī)格需要網(wǎng)絡(luò)變壓器支持，通常公司庫(kù)中網(wǎng)絡(luò)變壓器均滿足此要求。C、 此結(jié)構(gòu)電路共模雷擊浪涌滿足6KV要求，差模防護(hù)滿足1.5kv要求。共模雷擊浪涌可靠性高，其性能已滿足IEC測(cè)試要求，成本低，電源體積小。D、 RJ45金屬外殼接地后，接觸放電滿足6KV要求。1.4.3 防雷型網(wǎng)口電路設(shè)計(jì)二防雷型網(wǎng)口電路二1.4.3.1 設(shè)計(jì)要求A、 PGND網(wǎng)絡(luò)不能懸空。B、 RJ45-pin4、5、7、8不能懸空，否則對(duì)網(wǎng)線傳導(dǎo)騷擾指標(biāo)有影響。C、 75R電阻必須使用0805封裝。D、 102電容必須使用Y2型安規(guī)電容（耐壓2.

13、5kv，失效模式為開路）。E、 固體放電管選用直流動(dòng)作電壓400VDC，最大通流量需滿足400A。此器件也可用GDT替換，GDT特性滿足直流動(dòng)作電壓大于400VDC，最大通流量滿足400A。F、 初級(jí)線圈抽頭并聯(lián)在一起，次級(jí)線圈抽頭可并聯(lián)在一起，但初次級(jí)抽頭不能前后并聯(lián)連接。G、 次級(jí)線圈抽頭連接偏置電壓，需并聯(lián)去耦電容103/104均可。H、 RJ45外殼若為金屬殼，其外殼插座在PCB板上必須和PE連接。I、 PHY芯片前端增加鉗位管及TVS管器件。鉗位管BAV99配合TVS管方案成本較低；鉗位管集成陣列整體集成度高，體積小，適合高密度產(chǎn)品。（為提高差模防護(hù)能力必須設(shè)置此部分電路）J、 網(wǎng)絡(luò)變壓器初級(jí)每根線上串聯(lián)5ohm電阻，其作用是在受雷擊浪涌時(shí)起到部分退耦作用，并且使固體放電管更早動(dòng)作。K、 網(wǎng)絡(luò)變壓器初級(jí)固態(tài)放電管盡量靠近RJ45插座布置，固態(tài)放電管到PE網(wǎng)絡(luò)走線寬度不小于2mm。1.4.3.2 性能特點(diǎn)A、 1、標(biāo)準(zhǔn)鮑勃史密斯平衡網(wǎng)絡(luò)電路，所有元件成熟，但元件數(shù)量多，成本高。B、 2、絕緣強(qiáng)度：網(wǎng)絡(luò)變壓器前后兩級(jí)之間滿足1.5kv（A