从接口原理图、结构设计,线缆设计详解RJ45以太网口的EMC设计

2019-08-21 14:25:08 来源:ECCN
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一、 接口概述 

RJ45以太网接口是目前应用最广泛的通讯设备接口,以太网口的电磁兼容性能关系到通讯设备的稳定运行。

  

从接口原理图、结构设计,线缆设计三个方面来设计以太网口的EMC设计方案。

  

二、 接口电路 原理图的EMC设计
 

图1 百兆以太网接口2KV防雷滤波设计

   

RJ45以太网接口电路设计

接口电路设计概述: 本方案从EMC原理上,进行了相关的抑制干扰和抗敏感度的设计;从设计层次解决EMC问题;同时此电路兼容了百兆以太网接口防雷设计。 

  

本防雷电路设计可通过IEC61000-4-5或GB17626.5标准,共模2KV,差摸1KV的非屏蔽平衡信号的接口防雷测试。 

  

电路EMC设计说明:  

(1)电路滤波设计要点: 

为了抑制RJ45接口通过电缆带出的共模干扰,建议设计过程中将常规网络变压器改为接口带有共模抑制作用的网络变压器,此种变压器示意图如下。

 

图2 带有共模抑制作用的网络变压器


RJ45接口的NC空余针脚一定要采用BOB-smith电路设计,以达到信号阻抗匹配,抑制对外干扰的作用,经过测试,BOB-smith电路能有10个dB左右的抑制干扰的效果。 

  

网络变压器虽然带有隔离作用,但是由于变压器初次级线圈之间存在着几个pF的分布电容;为了提升变压器的隔离作用,建议在变压器的次级电路上增加对地滤波电容,如电路图上C4-C7,此电容取值5Pf~10pF。 

  

在变压器驱动电源电路上,增加LC型滤波,抑制电源系统带来的干扰,如电路图上L1、C1、C2、C3,L1采用磁珠,典型值为600Ω/100MHz,电容取值0.01 F~0.1 F。 

  

百兆以太网的设计中,如果在不影响通讯质量的情况,适当减低网络驱动电压电平,对于EMC干扰抑制会有一定的帮助;也可以在变压器次级的发送端和接收端差分线上串加10Ω的电阻来抑制干扰。

  

(2)电路防雷设计要点: 

为了达到IEC61000-4-5或GB17626.5标准,共模2KV,差摸1KV的防雷测试要求,成本最低的设计方案就是变压器初级中心抽头通过防雷器件接地,电路图上的D1可以选择成本较低的半导体放电管,但是要注意“防护器件标称电压要求大于等于6V;防护器件峰值电流要求大于等于50A;防护器件峰值功率要求大于等于300 W。注意选择半导体放电管,要注意器件“断态电压、维持电流”均要大于电路工作电压和工作电流。 

  

根据测试标准要求,对于非屏蔽的平衡信号,不要求强制性进行差模测试,所以对于差模1KV以内的防护要求,可以通过变压器自身绕阻来防护能量冲击,不需要增加差模防护器件。

  

接口电路设计备注: 

如果设备为金属外壳,同时单板可以独立的划分出接口地,那么金属外壳与接口地直接电气连接,且单板地与接口地通过1000pF电容相连。

  

三、 连接器设计  

 

图1  百兆以太网连接器结构方案

   

RJ45以太网接口电路设计  

  

连接器与机体的搭接方式: 

(1) 面板开孔时采用精密的铣削加工技术,使孔眼的形状更适合连接器的放置,避免孔眼切削不精确的地方出现缝隙,进而降低电磁干扰辐射;经过测试证明,精确的铣削开孔加工可以提高12~18%的电磁兼容性; 

  

(2) 机体与百兆以太网金属连接器之间的接合处要增加弹片,使两者接合时保持良好的导电性能。具体搭接方式如上图所示: 

  

四、 线缆设计  

本方案由电磁兼容设计平台(EDP)软件自动生成 

  

百兆以太网接口信号线缆 

  

线缆设计要求: RJ45金属连接器 常规型 
 

图1  RJ 45信号电缆


电缆设计: 

(1) RJ 45信号电缆采用网状编织屏蔽层的屏蔽方式,且网状编织层编织密度要求不小于90%;  

  

(2) 内部组线时,差分电缆采用双绞传输,双绞绞距一般为信号电缆线径的3倍;组线方式如上图所示: 

  

(3) 电缆两端需要增加磁环处理,磁环内径与电缆的外径要紧密结合,尽量选择厚长型的磁环。 

  

走线设计: 

  

(1) RJ 45电缆走线时要求远离其他强干扰源,如电源模块; 

  

(2) 电缆走线最好单独走线或与其他模拟以及功率线缆保持10cm以上距离,切不可与其他线缆一起混合捆扎。

 

图2  RJ45金属连接器的搭接


屏蔽层与金属连接器的搭接: 

(1) 屏蔽电缆的屏蔽层要求与金属连接器进行360°的搭接;搭接方式如上图: 
    
(2) 屏蔽电缆屏蔽层要避免出现单独的“尾巴”现象。
 

 
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