以太网接口防雷电路
RS485-RS232-以太网接口防雷防静电方案
一、RS485与RS232防护方案RS485 信号防雷保护RS232 信号防雷保护方案说明：图中只画了防雷及过压过流保护部份，至于上拉下拉电阻和终端电阻等并没有标示第一级使用三极气放管进行粗保护，差模共模保护，出现大电压时，气放管导通，将大电流引导到大地，为后续电路提供一道屏障，自恢复保护丝起过流保护，电流异常时，会由低阻转为高阻，将电路切断，以达到保护后续电路的作用，也起线路匹配作用。
TVS 作精细保护，共模差模全保护，经过前二次的保护，到这里的电压通常不会太高，TVS 进行再次的精细保护，为后续的电路提供精准的保护，TVS 还有防静电的作用，使接口芯片处于安全的环境之内。
此方案符合IEC61000-4-2 、IEC61000-4-4 、IEC61000-4-5 等相关测试标准。
二、以太网防护方案实际使用中Ethernet 接口是一个125 MHz 的时钟频率，工作为 2 V 数字电平信号。
往往产品在室内，短通讯数据线应用中，产品从以太网接口输入的通常是ESD 的威胁。
1．千兆网络静电保护符合标准：IEC 61000-4-2 Level 4 (Contact: 12 kV Air: 17 kV）优点：提供高速数据传输需要，无信号损失、不影响速率千兆网络静电保护2．10M /100M 静电加雷击保护方案一：适用条件:离充分暴露的直击雷区间用网络线连接线短于10米距离设备测试标准:TU-T K.21 (10/700 μS) 阻抗(40Ω)差糢:1.0KV 共模:6.0KV10M /100M 静电加雷击保护方案一方案二：适用条件: 充分暴露的直击雷区间测试标准: IEC61000-4-5 1.2/50 & 8/20μS 阻抗(2Ω) 差糢:6KV 共糢:6KV10M /100M 静电加雷击保护方案二方案说明:方案选择第一级使用GDT气体放电管,将浪涌电流通过开关式气体放电管泄放到大地,或放电管电极之关的惰性气体电光弧以热量形式消除,中间充分利用网络变压器的电感特性,起到去藕和隔离作用。
RJ45以太网口防雷设计总结
线过孔 < 表层走线 < 内层走线，因此当共模防护指标一定时，高压部分与低压部分的绝 缘距离应该为接地螺钉 > 电容、电阻焊盘 > 走线过孔 > 表层走线 > 内层走线。这是因
为螺钉整个为金属体，暴露面积比较大，容易成为放电通路。电容和电阻焊接两端表面为金
属，同时由于形状为长方体，有棱角，很容易形成尖端放电。过孔在网口部分有很多，表面
其次，网口防雷电路在器件选型和 PCB 设计过程中要注意以下几点： a，为了保证共模隔离耐压的承受能力，变压器需要满足初级和次级之间的交流绝缘耐 压不小于 AC1500V 的指标。 b，优先选择不带灯的 RJ45，要引灯的话，建议采用导光柱技术在芯片侧将指示灯的光 线引到面板上，避免指示灯控制信号穿越高压信号线和 Bob-Smith 电路所在的区域。 指示灯控制电路的限流电阻应放在控制芯片侧，位置靠近控制芯片，防止过电压直接对控制 芯片造成冲击。 c，以太网信号线按照差分线走线规则，保证阻抗匹配，并且一对差分线的长度尽量一 样长。 d，如果变压器前级（靠 RJ45 接头侧）有中间抽头并且采用 Bob-Smith 电路，即 75Ω 电阻加一个 1000pF 的接 PGND 的电容。建议电容选取耐压大于 DC2000V，电阻功率建议 选择 1/10W 的单个电阻，不宜采用排阻。 e，由于通过变压器的隔离特性完成共模防护，所以高压信号线（差分线和 Bob-Smith 电路走线）和其它信号线（指示灯控制线）、电源线、地线之间应该保证足够的绝缘，不存 在意外的放电途径。 最后，要达到高压区与低压区之间有效的隔离，就要重视二者之间的 PCB 走线设计。 在高压区，带高压的可能有：连接器管脚、布线、过孔、电阻焊盘、电容焊盘。带低压的可 能有：布线、过孔、电阻焊盘、螺钉。根据测试结果和分析，我们总结得到在网口 PCB 部 分高低压各种形式两两之间的绝缘耐压数据，具体如下表（表中给出的是高压与低压部分距 离为 10mil 时候的耐压情况）：
Ethernet 防雷及 ESD二极管保护设计
Ethernet 防雷及ESD 保护设计1.以太网Ethernet 防雷及ESD 保护设计以太网是现有局域网中最通用的通讯协议标准，由Xerox 公司创建并由Xerox、Intel 和DEC 公司联合开发的基带局域网规范。
它包括标准的以太网（10Mbit/s)、快速以太网（100Mbit/s）和10G（10Gbit/s）以太网。
它们都符合IEEE802.3。
2.以太网防护方案的应用背景由于电信业、工业控制业的竞争日益增加，电信服务、通讯产品供应商对电信设备供应商提供的高可靠性网络设备的需要也相对提高。
过压和各种静电的危害通常是由：雷击、临近电线引起的感应和直接与电源线碰接或用户设备故障所导致。
这些危害可能危及电信网络设备用户和维护人员。
因此电信设备供应商以增加设备的抗过压和过流的能力来降低电信系统维护成本和提高电信系统可靠性。
3.100M 以太网口100Mbps 快速以太网标准又分为：100BASE－TX 、100BASE－FX、100BASE－T4 三个子类。
以100BASE－TX 为例，它是一种使用 5 类数据级无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术。
它使用两对双绞线，一对用于发送，一对用于接收数据。
在传输中使用4B/5B 编码方式，信号频率为125MHz。
符合EIA586 的 5 类布线标准和IBM 的SPT 1 类布线标准。
使用同10BASE－T 相同的RJ－45 连接器。
它的最大网段长度为100 米。
它支持全双工的数据传输。
PMA(Physical Media Attachment)采用MLT-3电平，编码遵循NRZ形式。
100Base-TX接口信号逢“1”产生电平跳变，而逢“0”时信号电平保持不变。
因此100Base-TX接口信号有三个电平，眼图中一个UI会出现2个“眼睛”。
保护方案一：特点：方案选择第一级使用GDT气体放电管,将泿涌电流通过开关式气体放电管泄放到大地,或放电管电极之关的惰性气体电光弧以热量形式消除, 中间充分利用网络变压器的电感特性,起到去藕和隔离作用.第二级使用ESD器件,它能够将残留的频率成分浪涌吸收,并且在IPP下钳位电压降到8V左右,这样以太网芯片就处于安全保护状态!如果防雷等级需要打空接（4,5,7,8）PIN,可采用和1,2,3,6PIN同样的设计。
100M以太网RJ45防雷防静电防护方案图设计详解
100M以太⽹RJ45防雷防静电防护⽅案图设计详解
以太⽹RJ45接⼝是⽬前应⽤较⼴泛的通讯设备接⼝，以太⽹RJ45的电磁兼容性能关系到通讯设备的稳定运⾏。
户外以太⽹容易遭受雷击，雷击浪涌产⽣的过电压和过电流会损坏以太⽹电磁兼容平衡，为此做好RJ45以太⽹接⼝的雷击保护⽅案显得⼗分有必要。
关于以太⽹RJ45接⼝防雷设计⽅案，不同电路保护器件公司设计的⽅案，略有差异。
接下来，电路保护器件⼚家东沃电⼦技术从100M（百兆）以太⽹、1000M（千兆）以太⽹、1000（千兆）POE以太⽹三种接⼝为您分享相对应的防雷保护设计⽅案：
以太⽹⼀次侧⼀般采⽤放电管做共模浪涌⼲扰的吸收，带POE供电的以太⽹⼀次侧需要加钳位型保护器件，⽤TVS瞬态抑制⼆极管或压敏低阻MOV串陶瓷⽓体放电管来做保护。
⼆次侧⼀般采⽤ESD⼆极管做差模浪涌⼲扰的吸收，根据设计要求灵活选⽤分⽴器件或集成器件。
具体选⽤什么型号的电路保护器件为以太⽹接⼝保驾护航，还是要根据以太⽹RJ45接⼝的应⽤保护需求及测试条件来定夺。
网口防雷电路设计
网口防雷电路设计防护思路首先，网口的防雷可以采用两种思路：一种思路是要给雷电电流以泄放通路，把高压在变压器之前泄放掉，尽可能减少对变压器影响，同时注意减少共模过电压转为差模过电压的可能性。
另一种思路是利用变压器的绝缘耐压，通过良好的器件选型与PCB设计将高压隔离在变压器的初级，从而实现对接口的隔离保护。
室外走线网口防雷电路和室内走线网口防雷电路就分别采用的是这两种思路。
1.室外走线网口防雷电路当有可能室外走线时，端口的防护等级要求较高，防护电路可以按图设计。
图中室外走线网口防护电路的基本原理图，从图中可以看出该电路的结构与室外走线E1口防雷电路类似。
共模防护通过气体放电管实现，差模防护通过气体放电管和TVS管组成的二级防护电路实现。
图中G1和G2是三极气体放电管，型号是leiditech 3R090-5S，它可以同时起到两信号线间的差模保护和两线对地的共模保护效果。
中间的退耦选用2.2Ω/2W电阻，使前后级防护电路能够相互配合，电阻值在保证信号传输的前提下尽可能往大选取，防雷性能会更好，但电阻值不能小于2.2Ω。
后级防护用的TVS管，因为网口传输速率高，在网口防雷电路中应用的组合式TVS管需要具有更低的结电容，这里推荐的器件型号为上海雷卯电子SLVU2.8-4。
图中下方的原理图就是采用上述器件网口部分的详细原理图。
三极气体放电管的中间一极接保护地PGND，要保证设备的工作地GND和保护地PGND通过PCB走线在母板或通过电缆在结构体上汇合（不能通过0Ω电阻或电容），这样才能减小GND和PGND的电位差，使防雷电路发挥保护作用。
电路设计需要注意RJ45接头到三极气体放电管的PCB走线加粗到40mil，走线布在TOP层或BOTTOM层。
若单层不能布这么粗的线，可采取两层或三层走线的方式来满足走线的宽度。
退耦电阻到变压器的PCB走线建议采用15mil线宽。
该防雷电路的插入损耗小于0.3dB，对100M以太网口的传输信号质量影响比较小。
网口防雷电路设计
网口防雷电路设计防护思路首先，网口的防雷可以采用两种思路：一种思路是要给雷电电流以泄放通路，把高压在变压器之前泄放掉，尽可能减少对变压器影响，同时注意减少共模过电压转为差模过电压的可能性。
另一种思路是利用变压器的绝缘耐压，通过良好的器件选型与PCB设计将高压隔离在变压器的初级，从而实现对接口的隔离保护。
室外走线网口防雷电路和室内走线网口防雷电路就分别采用的是这两种思路。
1.室外走线网口防雷电路当有可能室外走线时，端口的防护等级要求较高，防护电路可以按图设计。
图中室外走线网口防护电路的基本原理图，从图中可以看出该电路的结构与室外走线E1口防雷电路类似。
共模防护通过气体放电管实现，差模防护通过气体放电管和TVS管组成的二级防护电路实现。
图中G1和G2是三极气体放电管，型号是leiditech 3R090-5S，它可以同时起到两信号线间的差模保护和两线对地的共模保护效果。
中间的退耦选用2.2Ω/2W电阻，使前后级防护电路能够相互配合，电阻值在保证信号传输的前提下尽可能往大选取，防雷性能会更好，但电阻值不能小于2.2Ω。
后级防护用的TVS管，因为网口传输速率高，在网口防雷电路中应用的组合式TVS管需要具有更低的结电容，这里推荐的器件型号为上海雷卯电子SLVU2.8-4。
图中下方的原理图就是采用上述器件网口部分的详细原理图。
三极气体放电管的中间一极接保护地PGND，要保证设备的工作地GND和保护地PGND通过PCB走线在母板或通过电缆在结构体上汇合（不能通过0Ω电阻或电容），这样才能减小GND和PGND的电位差，使防雷电路发挥保护作用。
电路设计需要注意RJ45接头到三极气体放电管的PCB走线加粗到40mil，走线布在TOP层或BOTTOM层。
若单层不能布这么粗的线，可采取两层或三层走线的方式来满足走线的宽度。
退耦电阻到变压器的PCB走线建议采用15mil线宽。
该防雷电路的插入损耗小于0.3dB，对100M以太网口的传输信号质量影响比较小。
以太网络防雷 及ESD保护设计
电子电路保护器件专业提供商
一． Ethernet 通讯防雷击及ESD保护设计
1).总概
随着集成电路的集成度越来越高，电路越来越复杂，工作电压越来越低，对环境稳定性的要
求也越高。一方面由于电子设备内部结构高度集成化，从而造成设备耐压、耐过电流的水平下降，对过压和 过流的承受能力下降，另一方面由于信号来源路径增多，系统较以前更容易遭受过压和过流侵入。
注 : R1~R4 电阻称作BST(Bob Smith Terminal),目的在两对双绞线之间阻抗匹配,有利于信号传输, 对电磁辐 射有很大帮助. 说明: 方案选择第一级使用GDT气体放电管,将泿涌电流通过开关式气体放电管泄放到大地,或放电管电极之 关的惰性气体电光弧以热量形式消除, 中间充分利用网络变压器的电感特性,起到去藕和隔离作用. 第二级使用ESD器件,它能够将残留的频率成分浪涌吸收,并且在IPP下钳位电压降到8V左右,这样以 太网芯片就处于安全保护状态!
2）成因
由于电信业、工业控制业的竞争日益增加，电信服务、通讯产品供应商对电信设备供应商提供
的高可靠性网络设备的需要也相对提高。过压和各种静电的危害通常是由：雷击、临近电线引起的感应和直 接与电源线碰接或用户设备故障所导致。这些危害可能危及电信网络设备用户和维护人员。因此电信设备供 应商以增加设备的抗过压和过流的能力来降低电信系统维护成本和提高电信系统可靠性。 针对上述问题音特电子专业研发团队有了解决方案。
3）特点
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符合IEC61000-4-2 (ESD): Air - 15kV, Contact - 8kV 符合IEC61000-4-4 (EFT): 40A - 5/50ns 符合IEC61000-4-5 (Surge): 24A, 8/20µs - Level 2(Line-Ground) & Level 3(Line-Line) 低结间电容 : 3pF Typical 符合RoHS 设计简单方便
RJ45以太网接口EMC防雷设计方案
以太网接口EMC设计方案一、接口概述RJ45以太网接口是目前应用最广泛的通讯设备接口，以太网口的电磁兼容性能关系到通讯设备的稳定运行。
二、接口电路原理图的EMC设计百兆以太网接口2KV防雷滤波设计图1 百兆以太网接口2KV防雷滤波设计接口电路设计概述：本方案从EMC原理上，进行了相关的抑制干扰和抗敏感度的设计；从设计层次解决EMC 问题；同时此电路兼容了百兆以太网接口防雷设计。
本防雷电路设计可通过IEC61000-4-5或GB17626.5标准，共模2KV，差摸1KV的非屏蔽平衡信号的接口防雷测试。
电路EMC设计说明：（1）电路滤波设计要点：为了抑制RJ45接口通过电缆带出的共模干扰，建议设计过程中将常规网络变压器改为接口带有共模抑制作用的网络变压器，此种变压器示意图如下。
图2 带有共模抑制作用的网络变压器RJ45接口的NC空余针脚一定要采用BOB-smith电路设计，以达到信号阻抗匹配，抑制对外干扰的作用，经过测试，BOB-smith电路能有10个dB左右的抑制干扰的效果。
网络变压器虽然带有隔离作用，但是由于变压器初次级线圈之间存在着几个pF的分布电容；为了提升变压器的隔离作用，建议在变压器的次级电路上增加对地滤波电容，如电路图上C4-C7，此电容取值5Pf~10pF。
在变压器驱动电源电路上，增加LC型滤波，抑制电源系统带来的干扰，如电路图上L1、C1、C2、C3，L1采用磁珠，典型值为600Ω/100MHz，电容取值0.01µF~0.1µF。
百兆以太网的设计中，如果在不影响通讯质量的情况，适当减低网络驱动电压电平，对于EMC干扰抑制会有一定的帮助；也可以在变压器次级的发送端和接收端差分线上串加10Ω的电阻来抑制干扰。
（2）电路防雷设计要点：为了达到IEC61000-4-5或GB17626.5标准，共模2KV，差摸1KV的防雷测试要求，成本最低的设计方案就是变压器初级中心抽头通过防雷器件接地，电路图上的D1可以选择成本较低的半导体放电管，但是要注意“防护器件标称电压要求大于等于6V；防护器件峰值电流要求大于等于50A；防护器件峰值功率要求大于等于300 W。
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以太网接口防雷电路：
R701
R /75/1%/0402
R702R /75/1%/0402
RD-R703
R /75/1%/0402
RD+
TD-TD+
U701
SR05-SOT143REF14I/O12I/O2
3
REF21
U702SR05-SOT143REF14I/O12I/O2
3
REF2
1
RD-网络变压器初级浪涌防护
网络变压器初级浪涌防护
C708
C/474M/16V/X7R/0402C709
C/106M/6.3V/X5R/0805D704
TVS/90V/5KA/BF091M/SMD
D705
TVS/90V/5KA/BF091M/SMD
J700RJ45 10PiN (Plastic) Black
P8
A8
P2A7RX-A6P4A4RX+A3TX-A2TX+A1P5A5S2S2
S1S1S3
S3S4S4
D706
TVS/90V/5KA/BF091M/SMD
R E F 2
R E F 3
C702
C/102M/2KV
D709
TVS/90V/5KA/BF091M/SMD
D708
TVS/90V/5KA/BF091M/SMD
T D +
T C
T D -
R D -
R D +
R X -R C
R X +R C M T X -T C M T X +T700
T/MT10232ANL/DIP12
1
3
2
1516148
6
7
1011
9RD+
RegOUT1
REF0
TD+
TD-C703
C/102M/2KV
R700
R /75/1%/0402
C700
C/102M/2KV
C701
C/102M/2KV
R714R /49.9/0402/1%
C704
C/104K/16V/X7R/0402
网络变压器次级浪涌防护
R715R /49.9/0402/1%
C707
C /104K/16V/X7R /0402
R704
R /49.9/0402/1%
C705
C/104K/16V/X7R/0402
C706
C /104K/16V/X7R /0402
R705R /49.9/0402/1%
REF1
D703
TVS/90V/5KA/BF091M/SMD
+3V3
+3V3
说明：
1、 此电路为以太网接口的标准防雷电路，包括了初级和次级防雷保护电路。
应用于以太网
口可能接到室外的产品。
2、 此电路要求产品有接大地的接口，如果没有，初级防雷保护电路的共模防护将不起作用。
3、 此电路采用的POE 以太网接口作为例子，C700 – C703使用4个电容为POE 电路考虑，
如果没有POE 电路，可共用为一个电容，请参见普通的以太网接口电路。
4、 防护器件：
D703 – D706，D708，D709组成初级防护，接的地为大地，U701、U702构成次级
防护，接的地为数字地。
D703 – D706，D708，D709防护器件典型型号：摈城BF091F 。
防护器件的选择要根据对以太网口的雷击测试要求来定。
电路的简化：
由于在很多认证中，不做以太网接口的差模雷击测试，而在实际使用中，共模雷击
为主要的雷击失效原因，对电路可做简化，去掉D708、D709。
进一步的电路简化：只考虑共模雷击测试和实际使用中的共模雷击防护，最小电路
为：去掉D703、D705、D708、D709、U701、U702，防护器件只保留D704、D706。
在做电路的简化前，需要明确测试和使用的要求，在成本和性能之间取得平衡。