以太網接口EMC設計方案

一、    接口概述

RJ45以太網接口是目前應用最廣泛的通訊設備接口，以太網口的電磁兼容性能關系到通訊設備的穩(wěn)定運行。賽盛技術應用電磁兼容設計平臺（EDP）軟件從接口原理圖、結構設計，線纜設計三個方面來設計以太網口的EMC設計方案。

二、    接口電路 原理圖的EMC設計

本方案由電磁兼容設計平臺（EDP）軟件自動生成

百兆以太網接口2KV防雷濾波設計

 

圖1  百兆以太網接口2KV防雷濾波設計

接口電路設計概述：

本方案從EMC原理上，進行了相關的抑制干擾和抗敏感度的設計；從設計層次解決EMC問題；同時此電路兼容了百兆以太網接口防雷設計。

本防雷電路設計可通過IEC61000-4-5或GB17626.5標準，共模2KV，差摸1KV的非屏蔽平衡信號的接口防雷測試。

電路EMC設計說明：

（1）

電路濾波設計要點：

為了抑制RJ45接口通過電纜帶出的共模干擾，建議設計過程中將常規(guī)網絡變壓器改為接口帶有共模抑制作用的網絡變壓器，此種變壓器示意圖如下。

圖2  帶有共模抑制作用的網絡變壓器

RJ45接口的NC空余針腳一定要采用BOB-smith電路設計，以達到信號阻抗匹配，抑制對外干擾的作用，經過測試，BOB-smith電路能有10個dB左右的抑制干擾的效果。

 網絡變壓器雖然帶有隔離作用，但是由于變壓器初次級線圈之間存在著幾個pF的分布電容；為了提升變壓器的隔離作用，建議在變壓器的次級電路上增加對地濾波電容，如電路圖上C4-C7，此電容取值5Pf~10pF。

 在變壓器驅動電源電路上，增加LC型濾波，抑制電源系統(tǒng)帶來的干擾，如電路圖上L1、C1、C2、C3，L1采用磁珠，典型值為600Ω/100MHz，電容取值0.01μF~0.1μF。

 百兆以太網的設計中，如果在不影響通訊質量的情況，適當減低網絡驅動電壓電平，對于EMC干擾抑制會有一定的幫助；也可以在變壓器次級的發(fā)送端和接收端差分線上串加10Ω的電阻來抑制干擾。

 （2）   

電路防雷設計要點：

 為了達到IEC61000-4-5或GB17626.5標準，共模2KV，差摸1KV的防雷測試要求，成本最低的設計方案就是變壓器初級中心抽頭通過防雷器件接地，電路圖上的D1可以選擇成本較低的半導體放電管，但是要注意“防護器件標稱電壓要求大于等于6V；防護器件峰值電流要求大于等于50A；防護器件峰值功率要求大于等于300 W。注意選擇半導體放電管，要注意器件“斷態(tài)電壓、維持電流”均要大于電路工作電壓和工作電流。

 根據測試標準要求，對于非屏蔽的平衡信號，不要求強制性進行差模測試，所以對于差模1KV以內的防護要求，可以通過變壓器自身繞阻來防護能量沖擊，不需要增加差模防護器件。

 

接口電路設計備注：

 如果設備為金屬外殼，同時單板可以獨立的劃分出接口地，那么金屬外殼與接口地直接電氣連接，且單板地與接口地通過1000pF電容相連。

三、    連接器設計

本方案由電磁兼容設計平臺（EDP）軟件自動生成

RJ45金屬連接器RJ45信號排序設計

圖1  百兆以太網連接器結構方案

連接器與機體的搭接方式：

（1） 面板開孔時采用精密的銑削加工技術，使孔眼的形狀更適合連接器的放置，避免孔眼切削不精確的地方出現(xiàn)縫隙，進而降低電磁干擾輻射；經過測試證明，精確的銑削開孔加工可以提高12~18%的電磁兼容性；

（2） 機體與百兆以太網金屬連接器之間的接合處要增加彈片，使兩者接合時保持良好的導電性能。具體搭接方式如上圖所示：

四、    線纜設計

本方案由電磁兼容設計平臺（EDP）軟件自動生成

百兆以太網接口信號線纜

線纜設計要求： RJ45金屬連接器 常規(guī)型

圖1  RJ 45信號電纜

電纜設計：

（1） RJ 45信號電纜采用網狀編織屏蔽層的屏蔽方式，且網狀編織層編織密度要求不小于90%；

（2） 內部組線時，差分電纜采用雙絞傳輸，雙絞絞距一般為信號電纜線徑的3倍；組線方式如上圖所示：

（3） 電纜兩端需要增加磁環(huán)處理，磁環(huán)內徑與電纜的外徑要緊密結合，盡量選擇厚長型的磁環(huán)。

走線設計：

（1） RJ 45電纜走線時要求遠離其他強干擾源，如電源模塊；

（2） 電纜走線最好單獨走線或與其他模擬以及功率線纜保持10cm以上距離，切不可與其他線纜一起混合捆扎。

圖2  RJ45金屬連接器的搭接

屏蔽層與金屬連接器的搭接：

（1） 屏蔽電纜的屏蔽層要求與金屬連接器進行360°的搭接；搭接方式如上圖：

（2） 屏蔽電纜屏蔽層要避免出現(xiàn)單獨的“尾巴”現(xiàn)象。

五、    結束語

電磁兼容設計平臺（EDP），依據最專業(yè)的EMC專家方案知識庫，快速輸出符合產品設計要求的指導性的EMC解決方案。即是工程師身邊的產品設計、學習助手，又是企業(yè)的EMC技術方案庫，是產品電磁兼容性能的保證。