從接口原理圖、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，線纜設(shè)計(jì)詳解RJ45以太網(wǎng)口的EMC設(shè)計(jì)

一、 接口概述

RJ45以太網(wǎng)接口是目前應(yīng)用最廣泛的通訊設(shè)備接口，以太網(wǎng)口的電磁兼容性能關(guān)系到通訊設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

從接口原理圖、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，線纜設(shè)計(jì)三個(gè)方面來(lái)設(shè)計(jì)以太網(wǎng)口的EMC設(shè)計(jì)方案。

二、 接口電路 原理圖的EMC設(shè)計(jì)

圖1 百兆以太網(wǎng)接口2KV防雷濾波設(shè)計(jì)

RJ45以太網(wǎng)接口電路設(shè)計(jì)

接口電路設(shè)計(jì)概述： 本方案從EMC原理上，進(jìn)行了相關(guān)的抑制干擾和抗敏感度的設(shè)計(jì);從設(shè)計(jì)層次解決EMC問(wèn)題;同時(shí)此電路兼容了百兆以太網(wǎng)接口防雷設(shè)計(jì)。

本防雷電路設(shè)計(jì)可通過(guò)IEC61000-4-5或GB17626.5標(biāo)準(zhǔn)，共模2KV，差摸1KV的非屏蔽平衡信號(hào)的接口防雷測(cè)試。

電路EMC設(shè)計(jì)說(shuō)明：

(1)電路濾波設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

為了抑制RJ45接口通過(guò)電纜帶出的共模干擾，建議設(shè)計(jì)過(guò)程中將常規(guī)網(wǎng)絡(luò)變壓器改為接口帶有共模抑制作用的網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)變壓器

RJ45接口的NC空余針腳一定要采用BOB-smith電路設(shè)計(jì)，以達(dá)到信號(hào)阻抗匹配，抑制對(duì)外干擾的作用，經(jīng)過(guò)測(cè)試，BOB-smith電路能有10個(gè)dB左右的抑制干擾的效果。

網(wǎng)絡(luò)變壓器雖然帶有隔離作用，但是由于變壓器初次級(jí)線圈之間存在著幾個(gè)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(jí)電路上增加對(duì)地濾波電容，如電路圖上C4-C7，此電容取值5Pf~10pF。

在變壓器驅(qū)動(dòng)電源電路上，增加LC型濾波，抑制電源系統(tǒng)帶來(lái)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0.01 F~0.1 F。

百兆以太網(wǎng)的設(shè)計(jì)中，如果在不影響通訊質(zhì)量的情況，適當(dāng)減低網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)電壓電平，對(duì)于EMC干擾抑制會(huì)有一定的幫助;也可以在變壓器次級(jí)的發(fā)送端和接收端差分線上串加10Ω的電阻來(lái)抑制干擾。

(2)電路防雷設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

為了達(dá)到IEC61000-4-5或GB17626.5標(biāo)準(zhǔn)，共模2KV，差摸1KV的防雷測(cè)試要求，成本最低的設(shè)計(jì)方案就是變壓器初級(jí)中心抽頭通過(guò)防雷器件接地，電路圖上的D1可以選擇成本較低的半導(dǎo)體放電管，但是要注意“防護(hù)器件標(biāo)稱電壓要求大于等于6V;防護(hù)器件峰值電流要求大于等于50A;防護(hù)器件峰值功率要求大于等于300 W。注意選擇半導(dǎo)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(jù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)于非屏蔽的平衡信號(hào)，不要求強(qiáng)制性進(jìn)行差模測(cè)試，所以對(duì)于差模1KV以內(nèi)的防護(hù)要求，可以通過(guò)變壓器自身繞阻來(lái)防護(hù)能量沖擊，不需要增加差模防護(hù)器件。

接口電路設(shè)計(jì)備注：

如果設(shè)備為金屬外殼，同時(shí)單板可以獨(dú)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(guò)1000pF電容相連。

三、 連接器設(shè)計(jì)

圖1 百兆以太網(wǎng)連接器結(jié)構(gòu)方案

RJ45以太網(wǎng)接口電路設(shè)計(jì)

連接器與機(jī)體的搭接方式：

(1) 面板開(kāi)孔時(shí)采用精密的銑削加工技術(shù)，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(jìn)而降低電磁干擾輻射;經(jīng)過(guò)測(cè)試證明，精確的銑削開(kāi)孔加工可以提高12~18%的電磁兼容性;

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

四、 線纜設(shè)計(jì)

本方案由電磁兼容設(shè)計(jì)平臺(tái)(EDP)軟件自動(dòng)生成

百兆以太網(wǎng)接口信號(hào)線纜

線纜設(shè)計(jì)要求： RJ45金屬連接器 常規(guī)型

電纜設(shè)計(jì)：

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

(2) 內(nèi)部組線時(shí)，差分電纜采用雙絞傳輸，雙絞絞距一般為信號(hào)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(nèi)徑與電纜的外徑要緊密結(jié)合，盡量選擇厚長(zhǎng)型的磁環(huán)。

走線設(shè)計(jì)：

(1) RJ 45電纜走線時(shí)要求遠(yuǎn)離其他強(qiáng)干擾源，如電源模塊;

(2) 電纜走線最好單獨(dú)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(jìn)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(dú)的“尾巴”現(xiàn)象。