CN202475455U - 一种以太网接口防护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及数据通信接口电路保护技术，具体的说是一种以太网接口防护电路。该以太网接口防护电路的主要技术方案是：通过在RJ-45插座与变压器之间引入TVS二极管，并搭配RJ-45插座与信号地，机壳地与信号地组成对高压强电流进行引导并实现多次消耗的通道电路，并且TVS二极管可采用共模或差模设计。本实用新型兼容共模与差模设计方案，适于多种层次的物理芯片设计使用，能够有效地解决雷雨季节因为类似感应雷击等冲击而导致的设备损坏，有效降低设备返修率，并且整体方案成本低、占地面积小。本实用新型尤其适用于各类带以太网接口的设计。

Description

一种以太网接口防护电路

技术领域

本实用新型涉及数据通信接口电路保护技术，具体的说是一种以太网接口防护电路。

背景技术

随着互联网网络应用的广泛深入，现在互联网已经成为人们工作生活必不可少的一部分，而目前互联网应用中接入端口大量使用的是采用基于802.3标准的有线接入，几乎所有有线接入互联网的设备均需要采用基于802.3标准的物理接口及其系统，比如路由器、以太网交换机、网络集线器、光纤收发器、调制解调器、网络多媒体终端、电脑、IP电话…等等。而这其中802.3标准应用最广泛的是基于10Mbps、100Mbps、1000Mbps的网络接口。

而因为802.3标准的广泛应用，市场占有也特别大，但是基于802.3标准而进行接口设计的芯片的防护性能却参差不齐，多数芯片的以太网接口物理层ESD防护能力仅达到2000V，甚至还不足2000V(例如KS8995只有1500V)，在国标(GB17626.2)中2000V的防护能力仅为1级防护能力要求(国标ESD防护能力分4级，1级为最低等级)。因此整体上这类芯片对于静电干扰、浪涌冲击、电压跌落等的防护相对很差，很容易因为这类干扰而导致芯片性能下降或者直接损坏。

一到雷雨季节这类芯片往往会出现大量的损坏。主要表现为：明显的破坏痕迹，例如IC表面烧焦、IC表面裂开或部分脱落、印刷线路板烧焦等；外观无明显损坏但端口无法链接，例如物理层IC内部的自动协商损坏、物理层IC内部1000M或100M电路损坏、物理层IC内部TVS管被击穿等，因此对于各大网络设备供应商来说，雷雨季节是整个一年中设备集中返修的高峰期。

而这一类芯片通常都是美国和台湾地区的供应商提供，因此对于国内各大网络设备供应商来说这一类芯片的价格都不菲，在设备中占据很大的成本比例，因此作为网络设备供应商来说，每年因为芯片防护能力较低而导致的芯片损坏基本上都是高居返修故障的榜首位置，从而导致相当巨大的损失。

目前已有多种提高以太网防护能力的电路出现，大多数技术所采用的方案均通过在电路中加入压敏器件提高电路嵌压能力，如图1所示，目前的以太网电路主要由物理芯片PHY、瞬态电压抑制二极管TVS(Transient Voltage Suppressor)、变压器和RJ-45插座，其中物理芯片PHY和变压器与RJ-45插座通过两对差分信号线连接，TVS二极管连接在物理芯片PHY和变压器之间的差分信号线上，此种方式可抑制差分信号线上的共模干扰，能有效提高芯片防护能力，但是针对目前市场上大量使用的处于较低端的物理芯片，这种方案的效果十分有限，不能有效降低返修率。

随着TVS二极管技术的进步，目前的TVS二极管已由原来简单的二极管结构发展为现有的多种结构，如图2所示，为一种新型的四合一结构的TVS二极管SRV05-4，通过将二极管与TVS二极管集成在一个模块中，具有更好的钳压功能，并为具体的电路设计提供更多的选择方案。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题，就是针对各种层次的以太网物理芯片提供一种能有效提高ESD接触防护和浪涌防护能力的以太网接口电路。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种以太网接口防护电路，它主要包括：以太网物理层芯片、变压器和RJ-45插座；所述以太网物理层芯片通过一对正差分信号线和一对负差分信号线与变压器连接，所述变压器通过一对正差分信号线和一对负差分信号线与RJ-45插座连接，其特征在于，还包括TVS二极管，所述TVS二极管连接在变压器和RJ-45插座之间的差分信号线上，所述RJ-45插座的保护地和机壳地分别与信号地连接。

本实用新型总的技术方案，通过在RJ-45插座与变压器之间引入TVS二极管，搭配RJ-45插座与信号地，机壳地与信号地组成对高压强电流进行引导并实现多次消耗的通道电路，而TVS二极管直接连接在差分信号线上，并未与保护地连接，因此其本身等效一个电容，对差分信号影响较小，因此比较适合于低成本方案的物理芯片设计使用。

具体的，所述TVS二极管型号为SRV05-4，其1脚和4脚分别与正差分信号线连接，3脚和6脚分别与负差分信号线连接，2脚和5脚为空。

本方案提出一种优选的实现TVS二极管差模防护设计的方式，具体为使用型号为SRV05-4的TVS二极管，使差分线的一端经过其内部的第一和第二级二极管后，再经过TVS管，然后再通过第二级二极管流到差分线的另一端管脚，其实现方式简单，并且性能稳定可靠。

更具体的，所述SRV05-4的2脚与RJ-45保护地连接。

本方案通过对上一方案稍作改进将SRV05-4的2脚与RJ-45的保护地连接即实现共模防护设计，即本方案中任何一根差分线经过第一第二级二极管后，便经过TVS管流入到地，本方案的优点在于通过TVS二极管对高电压强电流实现了分流引导，从而减弱了高电压强电流对每一个节点的冲击力，进一步提高了电路的防护能力，与上一方案相比抗高电压强电流能力更强，但因系共模设计方式，对差分信号线上信号影响较上一方案高，因此适用于物理芯片本身信号质量较好的方案。

进一步的，所述RJ-45插座的保护地与信号地通过滤波器件单点连接。

本方案的优点在于通过滤波器件对RJ-45插座的保护地和信号地实现单点连接后，可固定浪涌信号或强电压信号的通道，并经引入适当的阻抗后，能避免因强电压强电流因能量释放过快而产生的突变信号感应到物理芯片IC，从而导致IC损坏，该方案进一步的优点在于能有效保护本身防护能力较差的物理芯片。

进一步的，所述机壳地与信号地通过滤波器件单点连接。

本方案的优点与上一方案相同，在于固定浪涌信号或强电压信号的通道。

具体的，所述滤波器件为磁珠或金属导体。

本方案的优点在于能有效的吸收高频干扰信号，提高信号质量，其他滤波器件如电容等会出现部分信号不能滤除。

更具体的，所述机壳地为机壳定位螺孔。

本方案提出使用机壳的定位螺孔作为机壳地，使布局布线更简单方便。

本实用新型的有益效果为，兼容共模与差模设计方案，适于多种层次的物理芯片设计使用，能够有效地解决雷雨季节因为类似感应雷击等冲击而导致的设备损坏，有效降低设备返修率，并且整体方案成本低、占地面积小，适合各类带以太网接口的设计广泛应用。

附图说明

图1为现有技术的电路原理图；

图2为SRV05-4的原理图；

图3为一种采用差模设计的以太网接口电路原理图；

图4为一种采用共模设计的以太网接口电路原理图；

其中，PHY为物理芯片，TX+、TX-、RX+、RX-为信号收发端口，与差分信号线连接，MT为机壳定位螺孔。

具体实施方式

下面结合附图实施电路，详细描述本实用新型的技术方案：

如图3所示，本方案的TVS系差模设计方式，具体电路主要由以太网物理芯片PHY、变压器、TVS二极管SRV05-4、RJ-45插座以及部分匹配阻抗的电阻、电容和电感。其中，PHY和RJ-45插座中的TX+、TX-、RX+、RX-为信号收发端口，通过两对差分信号线经过变压器相连接，SRV05-4的1脚与连接TX-的差分线连接，6脚与连接TX+的差分线连接，3脚与连接RX+的差分线连接，4脚与连接RX-的差分线连接，2脚与5脚为空，信号地通过电感L2与RJ-45保护地连接，信号地通过电感L1与机壳螺孔MT连接，电感L1与L2之间保持有适当的距离。现通过本方案处理高压强电流的流程来详细说明本方案的技术思想：

感应高压强电流信号串扰进入以太网接口网线后，形成高压强电流冲击信号，高压强电流冲击信号通过网线传递进入RJ-45接口信号线中，高压强电流冲击信号沿着差分信号印制线进入主板，流向TVS以及以太网隔离变压器，TVS管检测是否有高于门限电压的信号流过，如果没有，则TVS管不导通，处于截止状态，将被检测信号放过，信号正常流到以太网隔离变压器；如果有，则TVS管双向导通，TVS管对高压强电流能量进行消耗，然后流向以太网隔离变压器，以太网隔离变压器将信号经过线圈后从抽头流出，经过RC电路流到RJ-45保护地，同时变压器线圈感应将信号1:1传递到物理层芯片的输入，RJ45保护地上高压强电流能量通过磁珠或金属导体单点连接处流到信号地上，高压强电流通过信号地再流向信号地和机壳地之间的单点连接磁珠或金属导体，高压强电流流到机壳，然后通过保护地(包括设备机壳连接保护地和通过三芯电源插座的GND连接保护地)连接流入大地。

其主要对高压强电流的消耗过程为：RJ-45与以太网隔离变压器之间的差分线相对内层呈现一个特性阻抗，可以对部分高压强电流信号形成一次能量消耗；高压强电流流过TVS管，TVS管对部分能量形成多次来回消耗；以太网隔离变压器与RJ-45保护地之间的RC电路对流过的能量形成一次消耗；高电压强电流流过信号地，通过加大信号地的距离而产生一个阻抗，从而再次形成一次消耗。并且RJ-45与以太网隔离变压器之间的TVS引入系差模方式，TVS等效一个电容，这种方式相比系统方案一直接对机壳地并入一个等效电容对于差分信号本身来说影响要小很多。因此系更适合应用于差分信号质量相对较差的物理层芯片方案设计。

如图4所示，本方案TVS引入系共模方式，与差模方式不同点在于TVS二极管SRV05-4的2脚与保护地连接，其与上述差模方式工作原理不同的地方在于，TVS导通后，对部分能量消耗的同时将大部分能量流入到RJ-45保护地，少量的残余能量经以太网隔离变压器流入RC电路然后再流到RJ-45保护地，其消耗过程主要为：RJ-45与以太网隔离变压器之间的差分线相对内层呈现一个特性阻抗，可以对部分高压强电流信号形成一次能量消耗；高压强电流流过TVS管到RJ45保护地，TVS管对部分能量形成一次消耗；以太网隔离变压器与RJ45保护地之间的RC电路对流过的能量形成一次消耗；高电压强电流流过信号地，通过加大信号地的距离而产生一个阻抗，从而再次形成一次消耗。与差模方式不同的在于几次消耗均是对流过的高电压强电流实施引导，并且在信号线与RJ45保护地之间实现了分流，从而减弱了高电压强电流对每一个节点的冲击，保证每个节点流过的高电压强电流尽量在可接受的范围内，而不会出现击穿的现象。该方案对于差分信号本身来说影响要稍大一点，更适合应用于差分信号质量比较好的物理层芯片方案设计。

以上所述差模与共模方案相对于常规设计来说，只是引入了很少的物料，并且TVS管价格也不高，故而上述方案在能够有效提升端口的抗击能力的同时，成本增幅十分有限。

Claims (7)

1.一种以太网接口防护电路，它主要包括：以太网物理层芯片、变压器和RJ-45插座；所述以太网物理层芯片通过一对正差分信号线和一对负差分信号线与变压器连接，所述变压器通过一对正差分信号线和一对负差分信号线与RJ-45插座连接，其特征在于，还包括TVS二极管，所述TVS二极管连接在变压器和RJ-45插座之间的差分信号线上，所述RJ-45插座的保护地和机壳地分别与信号地连接。

2.根据权利要求1所述的一种以太网接口防护电路，其特征在于，所述TVS二极管型号为SRV05-4，其1脚和4脚分别与正差分信号线连接，3脚和6脚分别与负差分信号线连接，2脚和5脚为空。

3.根据权利要求2所述的一种以太网接口防护电路，其特征在于，所述SRV05-4的2脚与RJ-45保护地连接。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种以太网接口防护电路，其特征在于，所述RJ-45插座的保护地与信号地通过滤波器件单点连接。

5.根据权利要求4所述的一种以太网接口防护电路，其特征在于，所述机壳地与信号地通过滤波器件单点连接。

6.根据权利要求5所述的一种以太网接口防护电路，其特征在于，所述滤波器件为磁珠或金属导体。

7.根据权利要求5所述的一种以太网接口防护电路，其特征在于，所述机壳地为机壳定位螺孔。

Images