介紹
工信部已經在2006年發行了電信終端設備防雷技術要求及實驗方法 YD/T 993-2006, 這個標準在過去被應用
于國內市場, 依照不同運營商的要求,它有可能在將來成為強制標準.
YD/T-993-2006 這個標準定義了年發行了電信終端設備防雷技術要求及實驗方法,它接近ITU-T K21:2003.YD/T-993-2006被指定用于電信終端設備(帶有金屬線連接的通訊網絡),這個測試范圍包括內部和外部的應用,測試方法通常有橫向 (線-線)和縱向(線-地)和端口到端口。
YD-T-993-2006在以太網接口上的防雷應用" src="http://files.chinaaet.com/images/20110921/c8b5eabf-45fc-44b6-afa4-2c0ca7972f66.jpg" />
.Figure 1 顯示了這三種測試方法
下列應用實例將詳細介紹了一個完整的解決方案能符合YD/T-993-2006 在千兆網上的防雷要求.
雷擊測試數據被提供在下列方案里, 這只是設計的開始,通常來說,最后的設計需要通過完整的測試。
保護器件選擇
當YD/T993-2006被應用于以太網口時,考慮選用在網口上PHY 芯片的保護器件是關鍵的,因為PHY 芯片沒有設計處理10/700us高能量的雷擊, 這個保護器件應具有超低的鉗位電壓和高的防雷能力, 為了避免GbE信號衰件, 這個保護器件也具有低的結電容, TVS提供了最好的技術能符合防雷要求,此外,TVS不同于別的保護器件,只要工作在規格范圍內,TVS二極管不存在內在的衰竭和退化。
Semtech RClamp2574N被特定設計給GbE保護,一個器件能保護兩對差分線, 能實現直通式PCB走線設計, 每一個I/O腳有橋式結構具有低電容的二極管能導入雷擊浪涌到TVS每一個I/O PIN能抵擋1000瓦的雷擊浪(8/20us 波形)。
RClamp2574N 具有小于5pF的低電容, 高的浪涌能力 意味著能符合YD/T 993-2006的防雷要求。
變壓器選擇
所有的以太網口利用變壓器的隔離性能,它能在PHY芯片和RJ45連接頭之間具有高水平的隔離外部的共模浪涌電壓,但它不能保護差模浪涌, 在差模浪涌發生區間,電流流向變壓器,在變壓器的一次側充電,接著變壓器能傳送這個能量到二次側, 這個能量量級和持續時間將取決于變壓器的性能. 變壓器抵擋浪涌的能力取決于它的構造. 因此, 在GbE保護電路中,測試變壓器的規格是需要被考慮的.
下列Figure 3顯示了GbE保護電路.
RClamp2574N被放置在變壓器的二次側并盡可能的靠近PHY芯片, 它應該與變壓器放置在PCB的同一邊,安置在變壓器的附近,能減小寄生電感,從而減小整個鉗位電壓,RClamp2574N封裝能做到PCB走線直通式從而減少寄生電感.由于高的浪涌需求, RClamp2574N也需要連接到地,以增強防共模浪涌能力. 這個電路也包含EMI保護電路(連接高壓電容和75 ohm電阻到變壓器的中心軸頭)。
中心抽頭上高壓電容的額定電壓必須等于大于浪涌測試 電壓，以保證在共模浪涌測試中不會被打壞有最小既然這樣，在測試中，我們采用了一顆額定電壓為6千伏的高壓電容。
這個電路適合于共模與差模浪涌測試.詳細設備及測試條件請看附錄A. 附錄A中的表1給出了端口連接外部線纜對時的浪涌測試條件. 當初級保護增加（通常用一個變壓器）, 基本的測試要求是4kV (增強型為6kV)，對于金屬縱向浪涌測試，通常使用源阻抗為25Ω的10、700us的輸入波形。具體要求，在YD/T 993-2006表1的# 2a, 2b, 2c, 4a, and 4b中有說明.
測試中，電路分有RClamp2574N 跟無RClamp2574N兩種情況進行。這樣做是為了看RClamp2574N放在電路的PHY端效果。鉗位電壓是通過在PHY側一個100Ω電阻測得。 下面是按照YD/T 993-2006規格實測的數據.
差模浪涌測試
下表是差模浪涌測試數據. 如表所示， RClamp2574N能滿足YD/T 993-2006標準中基本4KV及增強6KV差分浪涌測試.
對于4KV浪涌測試，跟沒有保護時約200V電壓相比，RClamp2574N能減少負載上的電壓到少于12V.注意，為了保護示波器，沒有RClamp2574N保護時，浪涌電壓只可以到4KV.圖4－圖7是實際的測試波形。
共模浪涌測試
下表是共模浪涌測試數據. 如表所示， RClamp2574N能滿足YD/T 993-2006標準中增強6KV共模浪涌測試.
對于共模浪涌保護，除了使用強的Gbe變壓器，高壓電容，RClamp2574N，還需要在源端增加氣體放電管。
對+6kV, 在有RClam2574N 跟沒有RClam2574N兩種情況下，線對地的鉗位電壓是相似的. 這是因為在共模測試中，變壓器起到隔離作用。然而，為了更好的保護，建議將RClamp2574N的中心焊盤連接到地上。圖8和圖9是實際的測試波形。
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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 – 共模浪涌測試結果
Di
表2 – 共模浪涌測試結果 (10/700us 脈沖)f
結論
電信廠家逐漸認識到YD/T 993-2006標準，中國工信部. YD/T 993-2006中的測試條件要求Gbe保護方案需要很強的保護。
RClamp2574N對于PHY保護有很高的能量處理能力及很低的鉗位特性，同時為信號完整性提供極低的負載電容?？偟谋砻?，在Gbe應用中，跟強的變壓器，EMI電路一起，RClamp2574N能有效提供高達6KV 10/700us浪涌能量保護。
圖 4 – 差分浪涌測試 (+6kV) : PHY端測試的鉗位電壓 (有 RClamp2574N)
圖 6 -差分浪涌測試 (+4kV) : PHY端測試的鉗位電壓(無TVS)
圖 7 – 差分浪涌測試(-4kV) : PHY端測試的鉗位電壓(無TVS)
Table 1 - Lightning test conditions for ports connected to external symmetric pair cables
