中心議題：

• 雷擊浪湧
• 靜電放電 (ESD)
• 電快速瞬變 (EFT)
• 電纜放電事件 (CDE)

電路板設計人員經常使用 TVS 二極管陣列以提供以太網端口保護。很多時候，設計師使用保護以保持設備可靠性，防止四個主要威脅：

雷擊浪湧衝擊（IEC61000-4-5
，GR-1089，
國際電聯）
ESD 或靜電放電 (IEC61000-4-2)
EFT 或電快速瞬變 (IEC61000-4-4)
CDE 或電纜放電事件

了解上麵列出的事件的性質和“方向性”，jiangyouzhuyuzhidaoshejishiruhezuihaodibaohuyitaiwangduankou，gengzhongyaodeshi，shebeideyinjiaoruhelianjiejiangyingxiangxitongdexingneng。xiamianzhangjiezhongsuotigongdexinxi

，jiangcankaotu 1，以更好地說明一些要點。

了解威脅

雷擊浪湧

根據要遵守的標準或法規，雷擊浪湧可以是異模或有不同波形的共模。異模中，正負測試設備終端之間通過兩根導線或引腳（即 J1 和 J2）連接，以使進入到 RJ-45 端口的電能量隻出現在這兩個導體（見圖 2）之間。線路端保護設備，如這裏列舉的 Littelfuse SP03A 係列，矽保護陣列，會吸收能量
，但一些能量還會傳遞到變壓器
，在變壓器驅動器端或如本例所示，在 Tx+ 和 Tx- 數據線路之間創建一個異模事件。

對於共模測試，將對個別導線或數據線自身進行 GND 測試。測試設備正端將連接到所有的導線或引腳（即 J1
、J2、J3 和 J6）
，負端將連接到 GND（見圖 2）。在這種情況下，如果線路阻抗相近
，SP03A 將吸收很少的能量。變壓器的磁性將大部分的能量電容耦合到變壓器驅動器端
，作為以太網 PHY 一個共模事件出現。
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靜電放電 (ESD)

可通過接觸或空氣放電評估設備的 ESD 免疫力（根據IEC61000-4-2 標準）。有許多方法可注入 ESD，但在所有情況下
，因為釋放能量到 GND
，ESD 脈衝作為電路共模事件出現。

電快速瞬變 (EFT)

檢查設備的 EFT 免疫力（根據 IEC61000-4-4 標準），與共模雷擊浪湧測試非常相似。在如圖 3 所示比較典型的配置中
，所有的導體（或引腳）電容耦合到測試信號發生器的正極和“浪湧”到 GND。如果數據線幾乎沒有差別，線對之間很少有異模能量，但變壓器耦合電容會再次將共模能量以衰減的方式傳輸到驅動端。

電纜放電事件 (CDE)

CDE 是一種應有所區別的現象，應從靜電放電 (ESD) 方麵單獨考慮。雙絞線電纜的特點及其環境知識，在了解 CDE方麵發揮重要的作用。頻繁變化的電纜環境也加重了防止CDE 損害的難度。係統設計師可以通過良好布局做法和精心挑選組件最大限度地保護係統免受 CDE 危害。IEEE 802.3標準規定了 2250 VDC 和 1500VAC 隔離電壓 ，以防止 CDE所產生高壓造成的連接器故障。為了防止這些事件中的電弧
，這些隔離要求適用於 RJ-45 接jie頭tou以yi及ji隔ge離li變bian壓ya器qi。為wei了le防fang止zhi電dian介jie質zhi損sun壞huai和he電dian路lu板ban打da火huo
，行xing單dan麵mian印yin刷shua電dian路lu板ban和he地di麵mian應ying該gai有you足zu夠gou的de爬pa電dian距ju離li和he走zou線xian間jian隙xi。實shi驗yan室shi測ce試shi表biao明ming，承cheng受shou 2000V 瞬態電壓，FR4 電路板線間距應至少有 250 密
耳的距離。（來源：www.national.com）。UTP 電纜放電事件可高達幾千伏
，可能有很大的破壞性。電荷的積累來自兩個主要來源：摩擦電（摩擦）效應和電磁感應效應。

這些影響可能來自在尼龍地毯拉動一根 PVC 覆蓋的 CAT5UTP dianlan，congerdaozhidianlandianhedejuji。yileisidefangshi
，tongguoguandaohuotongguoqitawangluodianlantuodongdianlan
，tongyanghuidaozhidianhezaidianlanshangjuji。zhezhongdianhejuji
，leisiyuzaiditanshangmocajiao。jindangdianlanmeiyoulianjie
，qiemeiyoulikeshifangjujidedianhe（即電纜兩端未插入係統），才會發生電荷聚集。還有，必須保留了積累電荷，才可能造成實質損害。較新的 CAT5 和 CAT6電纜絕緣性非常好，往往能很長時間保留聚集的電荷。環境相對濕度低
，聚集電荷的保留時間會增加。將帶靜電的UTP 電纜插入到 RJ-45 網絡端口，有許多可能的放電路徑。這個瞬態電流使用最低的電感線路，這條線路可以在RJ-45 接口，兩個印刷電路板 (PCB) 之間
，在變壓器上，通過 Bob Smith 交流端，或通過矽裝置。根據電纜的長度，所積累的電荷可以是一個典型的 ESD 模型放電的百倍。

隨sui之zhi而er來lai的de高gao能neng量liang放fang電dian可ke能neng會hui損sun壞huai連lian接jie器qi，變bian壓ya器qi電dian路lu
，或huo以yi太tai網wang收shou發fa器qi。雙shuang絞jiao線xian電dian纜lan表biao現xian像xiang一yi個ge存cun儲chu電dian荷he的de電dian容rong器qi。有you研yan究jiu證zheng明ming，未wei連lian接jie到dao終zhong端duan的de雙shuang絞jiao線xian電dian纜lan可ke能neng會hui積ji累lei幾ji百bai伏fu的de電dian荷he。此ci外wai，在zai一yi個ge小xiao時shi內nei，完wan全quan放fang電dian的de電dian纜lan可ke以yi積ji累lei其qi所suo能neng積ji累lei總zong電dian荷he的de一yi半ban。一yi旦dan有you了le靜jing電dian，高gao品pin質zhi的de電dian纜lan保bao留liu其qi所suo帶dai靜jing電dian的de時shi間jian可ke以yi超chao過guo 24 小時。下麵圖 4展示了不同長度的 CAT5 電纜積累靜電如何隨著時間而變化。由於較長的電纜有容量來存儲更多的電荷，電纜長度超過 60m 的係統應采取額外的 CDE 預防措施。
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另一個要了解的重要因素是 CDE 波bo形xing
，因yin為wei它ta不bu像xiang以yi前qian討tao論lun的de任ren何he威wei脅xie
，取qu決jue於yu耦ou合he機ji製zhi，要yao麼me是shi異yi模mo，要yao麼me是shi共gong模mo。此ci外wai

，初chu步bu研yan究jiu顯xian示shi
，它ta在zai特te點dian上shang有you很hen大da差cha異yi，但dan總zong體ti上shang看kan
，CDE 的波形能量高
，體現在電壓和電流驅動上。波形傳播的時間為幾百納秒，能夠快速反轉極性。下麵的圖 5，給出了破壞性 CDE 波形的例子
，在一個以太網 PHY 發射器引腳
，一個 25 英尺雙絞線電纜靜電電壓達 1.5KV。在該事件發生超過 600ns 時間的期間，在異模波形上看到有 64.8V 從正電壓轉換為負電壓。在這個實驗中，PHY 的發射器被破壞
，無法在網絡上傳輸數據包。

從電路板級設計師的角度來看，設計和製造以太網係統應注意 CDE，首要重點放在讓靜電遠離 IC 器件方麵。係統設計考慮包括添加 TVS 二極管陣列和耦合變壓器本身。變壓器電路將有助於防止共模瞬變
，但高能量瞬變應該接地。

最佳的設備配置

任何線路端保護裝置（這個例子中的 SP03A）不能有 GND引腳（2、3

、6 和 7）連接到 GND，以保證符合 IEEE802.3隔離標準；因此，設計師沒有選擇，隻能將此設備作為“異模”保護器。（注：當然，這使得驅動端保護元件成為必要，以保護係統免受共模事件損壞。）

保護 PHY 或驅動端的設備總有 I/O 引腳連接到異模線對，如圖 1 所示。然而
，不同於線路端保護，這種設備可以將其 GND 引腳連接到本地 GND 平麵，Littelfuse 建議使用這種配置。如果沒有連接 GND 引腳，則保護裝置（這個例子中的 SP3050）將成為一個僅異模保護器，並可能允許損害共模事件通過鬆開的 PHY。此外，應該指出，即使連接GND 引腳，該設備將仍然防止異模事件，一旦電壓差超過內部 TVS 加雙二極管的電壓降的損壞值（使用 SP3050 示例）。

至於常用 TVS 二極管陣列、5 針、VCC 的中其餘引腳
，Littelfuse 還建議，這應連接到本地電源，如 5V
，3.3V等（注：應當心
，以確保保護裝置或 VRWM 的對峙電壓遠高於電源電壓，以防止激活或打開內部 TVS 二極管。）

通過連接 SP3050的 VCC 引腳，由於電氣瞬態兩個獨立的放電路徑，如下（圖 6）hongsesuoshi，shejizhejianggenghaojinxingjiajinsheji。keyijiandandijiangtakanzuoyigedianzufenyaqi，qizhongshuntaidianliutongguodaoxiangerjiguan，bingxuanzeleliangtiaolu，yigetongguoneibu TVS到 GND
，一個通過電源或外部旁路電容到 GND。總而言之，第 5 腳連接到電源
，將導致更好的夾緊性能，給以太網 PHY 提供更好的整體保護。

結論

使用 TVS erjiguanzhenliebaohuyitaiwangduankoushi，shejizheyinggaishizhongjingtixuyaofangfandeweixie。daduoshuqingkuangxia，weixieshiyimohegongmoshijiandejiehe
，baohuzhuangzhizhengquelianjieshi

，keyiyouxiaodijiajin。xianluduanbaohuyuanjianjinjuxianyuyimobaohu

，danqudongchengxuhuo PHY 端保護裝置應連接到 GND 和本地電源。這將提供最好的夾緊性能，並最大限度提高以太網端口的可靠性。