以太网接口ESD_浪涌保护电路设计_敖奇

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1、TechnologicalInnovation技术创新以太网接口ESD/浪涌保护电路设计敖 奇（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）摘要：通过分析以太网应用环境中ESD、CDE和浪涌的产生原因及其干扰特点，比较常用防护器件的特点，设计一种以太网接口的ESD/浪涌保护电路。关键词：以太网；静电放电；电缆放电；浪涌Abstract:ThepaperintroducesthedevelopmentofakindofESD/surgeprotectioncircuitfortheEther

2、netinterfacethroughanalyzingcausesandinterferencecharacteristicsoftheESD,CDEandsurgeatEthernetenvironmentandcomparingthecharacteristicsofcommonlyusedprotectivedevices.Keywords:Ethernet;electrostaticdischarge(ESD);cabledischarge(CDE);surgeDOI:10.3969/j.i

3、ssn.1673-4440.2012.05.008表1所示，其中试验等级4仅在极其干燥的环境下1 概述考虑。表1中试验电压包括正负两种电压，一般而以太网接口已越来越广泛地应用于铁路通信信言，在相同试验等级下，接触放电对以太网接口的号设备中。随着通信速率的提高，集成芯片对静电危害更大。放电（ESD）、电缆放电（CDE）事件、浪涌等干扰gèÑÄäg变得敏感易损坏，如不加以防护，设备的可靠性将ONNC受到影响。因此应对各种干扰的形成原因及其特点WNC进行分析，并通过对保护器件的对比选择，以设计出合理的以太网

4、接口保护电路，提高设备的可靠性。g>Äì>QN>çí2 干扰形式2.1 ESD干扰g>Äì>TN>çíESD即静电放电。根据ESD来源的不同，其模ONC型可分为人体模型(HBM)、被充电器件模型(CDM)ì和机器模型(MM)。对于以太网接口而言，ESD主QN>çí要发生在操作人员接触以太网接口时。人体已积累TN>çí的静电电荷会通过以太网接口进行泄放，从而发生ìë[NLU>ìé>O>çíESD事件。因此以太网接口的ESD防护是以防人体཮OāgcaTONNNKRKP>cqbۉୁஞ؋հႚ静电为主。表1 I

5、EC61000-4-2ESD试验等级IEC61000-4-2采用的ESD人体模型为150 pF接触放电空气放电等级电容上积累的电荷通过330 Ω串联电阻向外泄放。试验电压/kV试验电压/kV该模型放电时的电流脉冲波形如图1所示。可以看122244出该波形在700 ps到1 ns内便达到峰值，并且整个368波形仅持续60 ns，因此，其能量较小但高频威胁较4815大。IEC61000-4-2中关于ESD试验等级的划分如铁路通信信号工程技术(RSCE)2012年10月，第9卷第5期23Technologi

6、calInnovation技术创新2.2 CDE干扰于以太网这种高度平衡线而言，不需要做线—线试CDE现象在以太网环境中普遍存在。网线相验（即差模试验）。当于是可以存储电荷的容性元件，并且其电容值会U随着网线长度的变长而增加。在发生摩擦效应（如OLNBNLW在管道中拖拉网线）或电磁感应效应（如被邻近牵引电缆干扰）时，两端悬空的以太网线（尤其是非NLSTP屏蔽以太网线）会被充电。由于5类、6类网线具NLQA有低漏电流的特点，因此电荷可在网线上存储数个NLONLNmâTt小时到数十个小时。当一个充了电的网

7、线被插入到QNCåÄóTORJ-45端口时，瞬态电流会选择最低阻抗路径泄ጀǖฉื้क़TO[OLP>μíĂӷރ้क़TP[SN>μí཮PāgcaTONNNKRKS>OLPMSNۉუஞ؋հႚ放，从而形成CDE事件。I以太网线具有低电阻性高容性的特点，因此OLNCDE波形不同于人体模型的ESD波形。CDE波BNLW形一般具有快速上升沿，并伴随有极性反转的振荡现象。CDE波形参数会随着以太网线的特性(如NLST2长度)及环境（温度、湿度）的不同而改变。文献[1]给出的7.6 m长的5类网线CDE波形仅持NLOC

8、NLN[2]Tt续600 ns，而另一文献中100 m长的5类网线mâQNC>åÄóT3CDE波形则持续达15 μs。由于网线的容性特性，ጀǖฉื้क़TO[V>μíĂӷރ้क़TP[PN>μí线缆越长，则振荡频率越低，线缆越短，则振荡཮QāgcaTONNNKRKS>VMPNۉୁஞ؋հႚ频率越高。表2IEC61000-4-5浪涌试验等级由于CDE形成环境的复杂性及缺乏足够的实线—线线—地等级验数据，目前还没有任何一个标准对CDE进行建模kVkV1-0.5描述