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。