CN101719665B - 以太网端口防雷保护器与防雷电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及以太网端口电路，提供一种提高现有以太网端口防雷击浪涌能力的外置式以太网端口防雷电路、防雷保护器以及一种内置式以太网端口防雷电路。在现有的第一级隔离变压器的基础上再增加一级隔离变压器，形成双重隔离保护，外置式以太网端口防雷电路在不对原来网络设备做任何改动的情况下，增加一个以太网端口防雷保护器，使得网络设备的防雷能力显著提高，不必布置一条额外的接地线，方便部署。内置式以太网端口防雷电路，采用兼容设计，在需要加强防雷保护时，能够在不增加印制电路板面积的同时，使用RJ45带变压器端口使得防雷能力成倍提高。

Description

以太网端口防雷保护器与防雷电路

技术领域

本发明涉及以太网端口电路。

背景技术

随着以太网技术的迅速发展和宽带网络的大力兴建，以太网交换机/路由器作为重要的接入设备。而以太网交换机/路由器应用环境的扩大和恶化，特别是在楼道等环境中的使用，其遭受到雷击浪涌等过电压冲击的可能性大大增加。当雷电发生时，会产生巨大的感应能量，对各种网络设备造成威胁，包括个人电脑/笔记本电脑、以太网交换机/路由器等使用双绞线互联的以太网设备。

以太网端口的基本结构主要有以太网芯片、隔离变压器、RJ45端口等器件构成。隔离变压器的一次侧和二次侧两个线圈没有直接的电气连接，隔离变压器的二次侧输出端不接地，所以输出电压对地电压为0，在电路中只有磁的联系，没有电的直接联系，可减少谐波，起到隔离作用。在以太网端口设置一级隔离变压器主要用于信号电平耦合；其一，可以增强信号，使其传输距离更远；其二，使芯片端与外部隔离，抗干扰能力增强；其三，当接到不同电平(如有的以太网芯片是2.5V，有的以太网芯片是3.3V)的网口时，不会对彼此设备造成影响。

目前，隔离变压器在以太网端口中的设置方式有两种。由于市场上存在不带变压器和带变压器封装兼容(体积、引脚定义相同)的RJ45端口。第一种方式是将隔离变压器独立设置在以太网芯片、不带变压器的RJ45端口之间(下文中所述RJ45端口特指不带变压器的RJ45端口，区别于RJ45带变压器端口)，这种独立设置的隔离变压器又叫做以太网变压器，如图1所示。第二种方式是将隔离变压器封装在RJ45端口内部，即使用RJ45带变压器端口，则不再使用以太网变压器，如图2所示。

以太网端口中以太网芯片为核心器件，需要进行防雷保护。目前，常用的以太网端口电路一般不进行专门的防雷设计，而主要靠以太网端口中的隔离变压器来阻挡雷击浪涌能量以保护设备。这样的设计成本较低，但是防雷能力较弱。

以太网端口的防雷设计有两个思路，一方面为“疏”，另外一方面为“堵”。所谓“疏”，即为浪涌等大能量提供一条畅通的路径，使其迅速泄放至大地，从而避免这种能量损伤核心器件；而所谓“堵”，即以某种方式阻止大能量进入端口内部，上文中提到的以太网变压器的保护方式就可以看作此模式。

目前，以太网端口的加强防雷设计均采用“疏”的设计思路，有两种形式：外置和内置。外置防雷保护的形式如图3所示，在设备以太网端口之外，加一个独立的防雷保护器，防雷保护器一端与以太网端口之间通过双绞线连接，防雷保护器另一端通过双绞线连接至可能遭雷击的地方。此防雷保护器必须接地才能发挥其作用，即为“疏”提供泄放通道。但是，在实际使用中，要额外布置一条地线是不便的，特别是有多个端口需要保护的时候，会使得布线更为繁杂。内置防雷保护是将保护器件设计在设备的PCB印制板上，保护器件包含压敏电阻、TVS管、空气放电管等。而这些保护器件的体积均较大，需要占用较大的PCB印制板空间，特别是端口数量较多的时候，为此付出的设计成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种提高现有以太网端口防雷击浪涌能力的外置式以太网端口防雷电路、防雷保护器以及一种内置式以太网端口防雷电路。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，外置式以太网端口防雷电路，包括以太网端口、防雷保护器，以太网端口包括以太网芯片、第一级隔离变压器、第一RJ45端口，以太网芯片与第一级隔离变压器一端相连，第一级隔离变压器另一端与第一RJ45端口相连；防雷保护器一端通过双绞线与第一RJ45端口相连，另一端通过双绞线连接至外环境，防雷保护器包括受保护侧RJ45端口、第二级隔离变压器、外线侧RJ45端口，受保护侧RJ45端口与第二级隔离变压器一端相连，第二级隔离变压器的另一端与外线侧RJ45端口的一端相连，外线侧RJ45端口的另一端连接至外环境。

以太网端口防雷保护器，包括受保护侧RJ45端口、第二级隔离变压器、外线侧RJ45端口，受保护侧RJ45端口与第二级隔离变压器的一端相连，第二级隔离变压器的另一端与外线侧RJ45端口的一端，外线侧RJ45端口的另一端连接至外环境。

进一步的，以太网端口防雷保护器还包括共模电感，共模电感连接在第二级隔离变压器与外线侧RJ45端口之间。

内置式以太网端口防雷电路，包括以太网端口，以太网端口连接至外环境，以太网端口包括以太网芯片、第一级隔离变压器、RJ45带变压器端口，以太网芯片与第一级隔离变压器一端相连，第一级隔离变压器另一端与RJ45带变压器端口的一端相连，RJ45带变压器端口的另一端连接至外环境，RJ45带变压器端口内置有第二级隔离变压器。

本发明的有益效果是，在现有的第一级隔离变压器的基础上再增加一级隔离变压器，形成双重隔离保护，试验证明现有仅使用第一级隔离变压器的以太网端口的防雷等级为1.0kV，而增加了一级隔离变压器后，防雷等级能提高到4.0kV以上。本发明外置式以太网端口防雷电路在不对原来网络设备做任何改动的情况下，增加一个以太网端口防雷保护器，使得网络设备的防雷能力显著提高，不必布置一条额外的接地线，方便部署。内置式以太网端口防雷电路，采用兼容设计，在需要加强防雷保护时，能够在不增加印制电路板面积的同时，使用RJ45带变压器端口使得防雷能力成倍提高，若不需加强防雷保护，则使用一般的RJ45端口即可，同一印制电路板可派生两种产品形态，充分节约设计成本。

附图说明

图1为现有的RJ45端口的以太网端口电路示意图；

图2为现有的RJ45带变压器端口的以太网端口电路示意图；

图3为现有的外置式以太网防雷保护器的使用示意图；

图4为本发明外置式以太网端口防雷电路以及防雷保护器示意图；

图5为本发明内置式以太网端口防雷电路示意图。

具体实施方式

外置式以太网端口防雷电路，如图4所示，在不对原来网络设备做任何改动的情况下，只需在以太网端口外侧串接一直体积小巧的防雷保护器(体积约4×2×1.5cm)，防雷保护器一端与以太网端口相连，另一端连接至外环境(可能遭受雷击的地方)，即可达到防雷保护的目的。防雷保护器两端均为RJ45座子的形式，靠近以太网端口的一端为受保护侧RJ45端口，靠近外侧的为外线侧RJ45端口，在原来使用的网线基础上添加一段网线即可连接使用。防雷保护器的关键器件为1:1的隔离变压器，该隔离变压器为在以太网端口内部的第一级隔离变压器基础上增加的第二级隔离变压器。第二级隔离变压器一端与受保护端RJ45端口相连，另一端通过共模电感与外线侧RJ45端口相连。数据信号能正常通过，而浪涌等大能量却被隔离在外。共模电感还能抑制来自网线上的电快速瞬变脉冲群及传导形式的电磁骚扰。第二级隔离变压器和以太网端口设备上本身的以太网变压器(第一级隔离变压器)形成双重隔离保护，试验证明：未使用该防雷装置的以太网端口的防雷等级为1.0kV，而在使用了双重隔离变压器之后，防雷等级能够提高到4.0kV以上。

内置式以太网端口防雷电路，如图5所示，以太网端口包括以太网芯片、第一级隔离变压器、RJ45带变压器端口，以太网芯片与第一级隔离变压器一端相连，第一级隔离变压器另一端与RJ45带变压器端口的一端相连，RJ45带变压器端口的另一端连接至外环境(可能遭受雷击的地方)，即不用外置串接的方式，而是在产品设计之初就将其考虑在印制电路板(PCB)上。在以太网端口内部第一级采用独立的隔离变压器，而第二级集成在RJ45座内部，即采用RJ45带变压器端口，这样就可以不用增加PCB的面积。原理同上文提到的外置式以太网防雷电路一样，这里不再赘述。设计为该电路的PCB可以根据实际需要，在需要加强防雷保护的时候，使用RJ45带变压器端口，可以使得防雷能力成倍提高；若不需要加强防雷保护的端口，使用一般的RJ45端口即可。

Claims (5)

1.外置式以太网端口防雷电路，包括以太网端口、防雷保护器，所述以太网端口包括以太网芯片、第一级隔离变压器、第一RJ45端口，所述以太网芯片与第一级隔离变压器一端相连，第一级隔离变压器另一端与第一RJ45端口相连；所述防雷保护器一端与第一RJ45端口相连，另一端连接至外环境，其特征在于，所述防雷保护器包括受保护侧RJ45端口、第二级隔离变压器、外线侧RJ45端口，所述受保护侧RJ45端口与第二级隔离变压器一端相连，第二级隔离变压器的另一端与外线侧RJ45端口的一端相连，外线侧RJ45端口的另一端连接至外环境。

2.如权利要求1所述外置式以太网端口防雷电路，其特征在于，所述防雷保护器还包括共模电感，所述共模电感连接在第二级隔离变压器与外线侧RJ45端口之间。

3.以太网端口防雷保护器，其特征在于，包括受保护侧RJ45端口、第二级隔离变压器、外线侧RJ45端口，所述受保护侧RJ45端口与第二级隔离变压器的一端相连，第二级隔离变压器的另一端与外线侧RJ45端口的一端相连，外线侧RJ45端口的另一端连接至外环境；所述以太网端口包括以太网芯片、第一级隔离变压器、第一 RJ45 端口，所述以太网芯片与第一级隔离变压器一端相连，第一级隔离变压器另一端与第一 RJ45 端口相连；所述防雷保护器一端与第一 RJ45 端口相连，另一端连接至外环境。

4.如权利要求3所述以太网端口防雷保护器，其特征在于，还包括共模电感，所述共模电感连接在第二级隔离变压器与外线侧RJ45端口之间。

5.内置式以太网端口防雷电路，包括以太网端口，所述以太网端口连接至外环境，其特征在于，所述以太网端口包括以太网芯片、第一级隔离变压器、RJ45带变压器端口，所述以太网芯片与第一级隔离变压器一端相连，第一级隔离变压器另一端与RJ45带变压器端口的一端相连，RJ45带变压器端口的另一端连接至外环境，所述RJ45带变压器端口内置有第二级隔离变压器。

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