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處理，磁環內徑與電纜的外徑要緊密結合，盡量選擇厚長型的磁環。

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單獨的“尾巴”現象。

五、    結束語

電磁兼容設計平臺（EDP），依據最專業的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，又是企業的EMC技術方案庫，是產品電磁兼容性能的保證。