電路板設(shè)計人員通常使用TVS二極管陣列來為以太網(wǎng)端口提供保護。
在許多情況下，設(shè)計人員為了保持設(shè)備的可靠性，主要針對四種主要的威脅而采取保護：雷電感應(yīng)浪涌、ESD(即靜電放電)、EFT(即電氣快速瞬變)和CDE(即電纜放電事件)。了解這些事件的性質(zhì)和“方向性”，將有助于指導設(shè)計人員如何最好地對以太網(wǎng)端口進行保護、更重要的是，器件的引腳連接將如何影響系統(tǒng)的性能。
后面提到的信息會參考到圖1，以更好地說明一些要點。
圖1:使用TVS二極管陣列為以太網(wǎng)介面提供二階段式防雷保護。
雷電感應(yīng)浪涌
根據(jù)所遵循的標準或規(guī)則，雷擊浪涌可以是差?；蚴蔷哂胁煌ㄐ蔚墓材！Ｔ诓钅Ｖ?，測試設(shè)備的正極端子和負極端子之間連接著兩個導體或引腳(即J1和J2)，因此在RJ-45端口上進入的能量只在這兩個導體之間出現(xiàn)(見圖2)。該能量將在線路側(cè)的保護器件(這里顯示的是Littelfuse的SP03系列硅保護陣列)上消散，但部分能量也會傳遞到變壓器，在變壓器的驅(qū)動端上、或如這個例子所示的Tx+和Tx-數(shù)據(jù)線之間造成差模事件。
對于共模測試，個別導體或數(shù)據(jù)線自身將就GND進行測試。測試設(shè)備的正極端將連接到所有導體或引腳(即J1、J2、J3和J6)，負極端連接到GND(見圖2)。在這種情況下，假設(shè)線路阻抗緊密匹配，在SP03器件上消散的能量將是非常少量的。大部分的能量將通過變壓器的磁性材料而電容性耦合至變壓器的驅(qū)動端，變?yōu)?strong>以太網(wǎng)PHY的共模事件。
靜電放電(ESD)
評估設(shè)備的ESD抗擾性(按照IEC 61000-4-2標準)可以通過接觸或空氣放電進行。注入ESD有多種方法，但是在所有情況下，由于釋放的能量關(guān)系到GND，ESD脈沖在電路上是以共模事件出現(xiàn)的。
電氣快速瞬變(EFT)
檢查設(shè)備的EFT抗擾性(按照IEC 61000-4-4標準)與對共模雷擊浪涌所做的測試非常相似。在圖3所示的比較典型的配置中，所有導體(或引腳)均是電容性耦合至測試發(fā)生器的正極端，且對于GND顯示“激增”。如果數(shù)據(jù)線均衡良好，在組對之間將不會有差分能量，但是變壓器的耦合電容會再次將共模能量轉(zhuǎn)移到驅(qū)動端，即使是以較低的水平。
電纜放電事件(CDE)
CDE是一種應(yīng)該與靜電放電(ESD)加以區(qū)分、并作單獨考慮的現(xiàn)象。雙絞電纜的特點和其環(huán)境的知識在了解CDE上起著重要的作用。頻繁變化的電纜環(huán)境還增加了在防止CDE損害上的挑戰(zhàn)。系統(tǒng)設(shè)計人員通過良好的布局做法和精心的元件選擇可以最大限度地進行CDE保護。IEE E 802.3標準規(guī)定了2250 VDC和1500 VAC的隔離電壓，以防止可能由產(chǎn)生自CDE事件的高電壓導致的連接器故障。為了防止在這些事件中的電弧作用，這些隔離要求適用于RJ-45連接器，以及隔離變壓器。為了防止電路板上的介電故障和火花產(chǎn)生，線路側(cè)印刷電路板和地面應(yīng)該在走線之間有足夠的爬電距離和間隙。實驗室測試結(jié)果顯示，要承受2000V的瞬態(tài)電壓，F(xiàn)R4電路板跡線間距應(yīng)該有至少250密爾的分隔距離。UTP電纜放電事件所產(chǎn)生的電壓可高達幾千伏，并具有極大的破壞性。電荷累積主要源自于兩方面：摩擦電(摩擦)效應(yīng)和電磁感應(yīng)效應(yīng)。
圖3：以太網(wǎng)介面的典型EFT測試設(shè)置(僅用于快速以太網(wǎng))。
在尼龍地毯上拉一條PVC包覆的CAT5 UTP電纜，會導致在電纜上的電荷積聚，從而產(chǎn)生這些效應(yīng)。同樣，在從導線管拉出電纜或在其他網(wǎng)絡(luò)電纜上拖拉電纜時也會產(chǎn)生電荷積聚。這種電荷積聚與腳擦過地毯的類似。電荷積聚僅當電纜未連接以及電荷未能得到及時耗散時發(fā)生(即電纜的兩端都沒有插入系統(tǒng))。此外，要造成實質(zhì)性損害，累積的電荷還需要得到保存。新的CAT5和CAT6電纜具有非常低的介電泄漏，且傾向于長時間留存電荷。在相對濕度低的環(huán)境下，電荷留存時間會增加。當帶電的UTP電纜插入到RJ-45網(wǎng)絡(luò)端口時，有多種可能的放電路徑。瞬態(tài)電流經(jīng)由的是最低電感路徑，這條路徑可能是在RJ-45連接器上、印刷電路板(PCB)的兩個跡線之間、變壓器中、通過鮑勃史密斯AC終端、或通過硅器件。取決于電纜的長度，累積的電荷可能是一個典型ESD模型電荷的幾百倍。
