介绍
工信部已经在2006年发行了电信终端设备防雷技术要求及实验方法 YD/T 993-2006, 这个标准在过去被应用
于国内市场, 依照不同运营商的要求,它有可能在将来成为强制标准.
YD/T-993-2006 这个标准定义了年发行了电信终端设备防雷技术要求及实验方法,它接近ITU-T K21:2003.YD/T-993-2006被指定用于电信终端设备(带有金属线连接的通讯网络),这个测试范围包括内部和外部的应用,测试方法通常有横向 (线-线)和纵向(线-地)和端口到端口。
YD-T-993-2006在以太网接口上的防雷应用" src="http://files.chinaaet.com/images/20110921/c8b5eabf-45fc-44b6-afa4-2c0ca7972f66.jpg" />
.Figure 1 显示了这三种测试方法
下列应用实例将详细介绍了一个完整的解决方案能符合YD/T-993-2006 在千兆网上的防雷要求.
雷击测试数据被提供在下列方案里, 这只是设计的开始,通常来说,最后的设计需要通过完整的测试。
保护器件选择
当YD/T993-2006被应用于以太网口时,考虑选用在网口上PHY 芯片的保护器件是关键的,因为PHY 芯片没有设计处理10/700us高能量的雷击, 这个保护器件应具有超低的钳位电压和高的防雷能力, 为了避免GbE信号衰件, 这个保护器件也具有低的结电容, TVS提供了最好的技术能符合防雷要求,此外,TVS不同于别的保护器件,只要工作在规格范围内,TVS二极管不存在内在的衰竭和退化。
Semtech RClamp2574N被特定设计给GbE保护,一个器件能保护两对差分线, 能实现直通式PCB走线设计, 每一个I/O脚有桥式结构具有低电容的二极管能导入雷击浪涌到TVS每一个I/O PIN能抵挡1000瓦的雷击浪(8/20us 波形)。
RClamp2574N 具有小于5pF的低电容, 高的浪涌能力 意味着能符合YD/T 993-2006的防雷要求。
变压器选择
所有的以太网口利用变压器的隔离性能,它能在PHY芯片和RJ45连接头之间具有高水平的隔离外部的共模浪涌电压,但它不能保护差模浪涌, 在差模浪涌发生区间,电流流向变压器,在变压器的一次侧充电,接着变压器能传送这个能量到二次侧, 这个能量量级和持续时间将取决于变压器的性能. 变压器抵挡浪涌的能力取决于它的构造. 因此, 在GbE保护电路中,测试变压器的规格是需要被考虑的.
下列Figure 3显示了GbE保护电路.
RClamp2574N被放置在变压器的二次侧并尽可能的靠近PHY芯片, 它应该与变压器放置在PCB的同一边,安置在变压器的附近,能减小寄生电感,从而减小整个钳位电压,RClamp2574N封装能做到PCB走线直通式从而减少寄生电感.由于高的浪涌需求, RClamp2574N也需要连接到地,以增强防共模浪涌能力. 这个电路也包含EMI保护电路(连接高压电容和75 ohm电阻到变压器的中心轴头)。
中心抽头上高压电容的额定电压必须等于大于浪涌测试 电压，以保证在共模浪涌测试中不会被打坏有最小既然这样，在测试中，我们采用了一颗额定电压为6千伏的高压电容。
这个电路适合于共模与差模浪涌测试.详细设备及测试条件请看附录A. 附录A中的表1给出了端口连接外部线缆对时的浪涌测试条件. 当初级保护增加（通常用一个变压器）, 基本的测试要求是4kV (增强型为6kV)，对于金属纵向浪涌测试，通常使用源阻抗为25Ω的10、700us的输入波形。具体要求，在YD/T 993-2006表1的# 2a, 2b, 2c, 4a, and 4b中有说明.
测试中，电路分有RClamp2574N 跟无RClamp2574N两种情况进行。这样做是为了看RClamp2574N放在电路的PHY端效果。钳位电压是通过在PHY侧一个100Ω电阻测得。 下面是按照YD/T 993-2006规格实测的数据.
差模浪涌测试
下表是差模浪涌测试数据. 如表所示， RClamp2574N能满足YD/T 993-2006标准中基本4KV及增强6KV差分浪涌测试.
对于4KV浪涌测试，跟没有保护时约200V电压相比，RClamp2574N能减少负载上的电压到少于12V.注意，为了保护示波器，没有RClamp2574N保护时，浪涌电压只可以到4KV.图4－图7是实际的测试波形。
共模浪涌测试
下表是共模浪涌测试数据. 如表所示， RClamp2574N能满足YD/T 993-2006标准中增强6KV共模浪涌测试.
对于共模浪涌保护，除了使用强的Gbe变压器，高压电容，RClamp2574N，还需要在源端增加气体放电管。
对+6kV, 在有RClam2574N 跟没有RClam2574N两种情况下，线对地的钳位电压是相似的. 这是因为在共模测试中，变压器起到隔离作用。然而，为了更好的保护，建议将RClamp2574N的中心焊盘连接到地上。图8和图9是实际的测试波形。
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Differential Surge Test Level (10x700us) |
Clamping Voltage with RClamp2574N
(Line to Line) |
Clamping voltage without TVS
(Line to Line) |
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+1 kV |
9.1V |
71.6V |
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-1 kV |
-9.3V |
-68V |
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+2 kV |
9.9V |
102V |
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-2 kV |
-10.3V |
-100V |
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+3 kV |
10.5V |
148V |
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-3 kV |
-11.1V |
-152V |
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+4 kV |
11.5V |
200V |
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-4 kV |
-12.1V |
-203V |
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+5 kV |
12.3V |
NA |
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-5 kV |
-12.5V |
NA |
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+6 kV |
12.3V |
NA |
|
-6 kV |
-13.3V |
NA |
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Common Surge Test Level |
Clamping Voltage with Rclamp2574N |
Clamping voltage without TVS
(Line to GND) |
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+6kV |
4.44V |
4.76V |
|
-6kV |
NA |
NA |
h表3 – 共模浪涌测试结果
Di
表2 – 共模浪涌测试结果 (10/700us 脉冲)f
结论
电信厂家逐渐认识到YD/T 993-2006标准，中国工信部. YD/T 993-2006中的测试条件要求Gbe保护方案需要很强的保护。
RClamp2574N对于PHY保护有很高的能量处理能力及很低的钳位特性，同时为信号完整性提供极低的负载电容。总的表明，在Gbe应用中，跟强的变压器，EMI电路一起，RClamp2574N能有效提供高达6KV 10/700us浪涌能量保护。
图 4 – 差分浪涌测试 (+6kV) : PHY端测试的钳位电压 (有 RClamp2574N)
图 6 -差分浪涌测试 (+4kV) : PHY端测试的钳位电压(无TVS)
图 7 – 差分浪涌测试(-4kV) : PHY端测试的钳位电压(无TVS)
Table 1 - Lightning test conditions for ports connected to external symmetric pair cables
