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          PoE接口如何抵御差分模式瞬態(tài)電壓

          作者: 時間:2010-01-21 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
          隨著以太網(wǎng)在聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域激增,在10/100和Gb端口上采用(以太網(wǎng)供電)的系統(tǒng)也在迅速增加。通過以太網(wǎng)電纜給遠程設(shè)備供電的好處和成本優(yōu)勢使許多應(yīng)用(包括IP電話、數(shù)字視頻監(jiān)控、WLAN接入點及其他低壓網(wǎng)絡(luò)連接的系統(tǒng))得以實現(xiàn)。

          典型的系統(tǒng)利用供電設(shè)備(PSE)通過以太網(wǎng)雙絞線把直流發(fā)送到遠程受電設(shè)備(PD)。由于系統(tǒng)經(jīng)常受到瞬態(tài)的威脅,在設(shè)計時需要考慮的重要問題之一,就是保護以太網(wǎng)物理層收發(fā)器(PHY)能夠過壓沖擊。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/157662.htm

          在PoE應(yīng)用增長的同時,以太網(wǎng)PHY的尺寸也在迅速縮小。目前,以太網(wǎng)PHY大多使用90nm技術(shù)制造,但芯片制造商即將推出采用65nm工藝技術(shù)制造的尺寸更小的產(chǎn)品。事實表明,采用這些先進的制造工藝時,在CMOS上實現(xiàn)有效的芯片級ESD保護是不切實際的,因為芯片面積太小無法提供系統(tǒng)級魯棒性,另外要實現(xiàn)有效的芯片級保護成本也過高。為滿足全球標準的要求、并保證系統(tǒng)的可靠性,時下基于以太網(wǎng)的系統(tǒng)設(shè)計越來越強烈地要求使用更好的片外電路保護。

          瞬態(tài)威脅

          以太網(wǎng)易于受到各種瞬態(tài)過壓事件的攻擊,其中最常見的是靜電放電(ESD)、電纜放電和閃電電涌。另外,在PoE系統(tǒng)中,通過雙絞線傳送直流功率會引入一些特有的由連接引起的瞬態(tài)故障。

          ESD是一種速度非??斓乃矐B(tài)脈沖。根據(jù)IEC61000-4-2標準給出的模型,ESD波形的上升時間為700皮秒到1納秒,從脈沖峰值電流衰減到50%的脈沖持續(xù)時間為60納秒。大的電流尖峰和瞬態(tài)過程中包含的能量可能會損壞硅芯片的亞微米輸入結(jié)構(gòu)。

          在摩擦帶電效應(yīng)或感應(yīng)等常規(guī)環(huán)境下,以太網(wǎng)電纜帶電后會發(fā)生電纜放電(CDE),或稱為電纜靜電放電(CESD)現(xiàn)象。把帶電的電纜插入系統(tǒng)是有危險的。事實表明,電纜通過以太網(wǎng)磁通道向以太網(wǎng)端口放電會形成幾種不同的電涌。與ESD相類似,電纜放電電涌的上升時間很短(不到1納秒),但與ESD不同,其繼發(fā)波形存在極性快速變化且持續(xù)時間較長的振蕩。對于以太網(wǎng)設(shè)計者來說,電纜放電波形中的能量會帶來比人體靜電放電更為嚴重的問題。

          在網(wǎng)絡(luò)連接中,閃電電涌是一種常見的威脅。閃電沖擊可以在以太網(wǎng)線上感生出可能會傳送到以太網(wǎng)PHY的高壓脈沖。與納秒級的ESD事件不同,閃電電涌的持續(xù)時間為毫秒級。EMC業(yè)界用上升時間(毫秒級)、尖峰脈沖電流和下降時間來描述這種脈沖。閃電沖擊的能量比ESD級別的沖擊大幾個數(shù)量級。

          PoE應(yīng)用中的瞬態(tài)響應(yīng)

          正如前面提到的,PoE的保護可能會特別具有挑戰(zhàn)性,因為除了由ESD和電涌引起的瞬態(tài)過程之外,在連接直流電源時,有幾種經(jīng)常發(fā)生的情形會在以太網(wǎng)傳輸線上引發(fā)電涌。這樣自然會對PHY造成災(zāi)難性的故障或難題,劇烈的沖擊可能會損壞IC。

          大多數(shù)PoE電路設(shè)計者會采取某種形式的共模保護措施來保護PoE電路,常用的方式包括使用與地層相連的共模電容器、或跨接在電源兩端的TVS瞬態(tài)電壓抑制器,后者依靠速度非??斓男ぬ鼗O管把電流引向地。然而,許多設(shè)計者會錯誤地忽視差分模式保護。以太網(wǎng)差分對利用變壓器、或者共模遏流把PHY與外部環(huán)境隔離開來。變壓器可對外部電壓提供高水平共模隔離,但不能對金屬性的、或差分的(線到線)電涌提供保護。

          如圖1所示,PoE系統(tǒng)在差分對上存在+48V或-48V的電壓。在信號線對中,這個直流電壓是公有的,因而差分直流電壓為0伏。然而,在一些情況下,接電可能會引入瞬態(tài)過程。

          圖1:典型的PoE電路。(供電設(shè)備(PSE)、受電設(shè)備、以太網(wǎng)電纜)
          圖1:典型的PoE電路。(供電設(shè)備(PSE)、受電設(shè)備、以太網(wǎng)電纜)


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