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過(guò)去，工程師被要求把所有的設備都與網(wǎng)絡(luò )連接起來(lái)。但是，以太網(wǎng)的協(xié)議的選擇是多樣的。有些方法在理論上看起來(lái)是可行的，但一旦應用到實(shí)際中，就會(huì )碰到意想不到的問(wèn)題。 以太網(wǎng)的最初設計者無(wú)法想象我們對他們的“寶貝”做了什么。最初的目的是把計算機連接在一起。數據的傳輸速率是10M/s。對當時(shí)的計算機處理速度來(lái)說(shuō)，這已經(jīng)是足夠快了。計算機通常被放置在一個(gè)單獨的房間或者是數據中心中。這些連接的線(xiàn)纜長(cháng)度通常都不長(cháng)于10米。這樣，數據房的工作條件得到了保證，因此ESD是一個(gè)非常小的威脅，一旦電腦連接好，它們就保持了恒定的物理連接。 今天，我們使用的是千兆以太網(wǎng)，或者在數百米的距離上至少運行100M的快速以太網(wǎng)。在我們工作大樓的墻壁或者其天花板或者其他隱蔽空間中放置數英里長(cháng)的線(xiàn)纜。我們使用以太網(wǎng)供電方式（PoE）來(lái)為屋頂、信息亭、燈桿甚至通信塔上的設備供電并與之通信。當你的領(lǐng)導告訴你以太網(wǎng)來(lái)替換工廠(chǎng)中的IEEE-488總線(xiàn)鏈路時(shí)，他可能不理解IEEE-488鏈路的固有健壯和穩定性，也不知道你需要做哪些事情來(lái)保持你的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )在工業(yè)環(huán)境中運行。這時(shí)，您還需要一個(gè)網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)路保護方案。作為網(wǎng)絡(luò )的安全保障衛士，它可以提供多年的無(wú)故障服務(wù)。 從實(shí)際工作情況上來(lái)看，大多數以太網(wǎng)接口是不需要特殊保護的。因為大多數RJ-45以太網(wǎng)插孔后面的第一個(gè)電氣部件是一個(gè)隔離變壓器，它可以提供一些保護。這與大多數以太網(wǎng)PHY收發(fā)器集成電路中內置的ESD保護相結合，在大多數家庭和辦公室環(huán)境中提供了足夠的保護。問(wèn)題是通常以太網(wǎng)接口暴露在嚴重威脅下的比例比較低。建筑物內的長(cháng)電纜成為長(cháng)天線(xiàn)，可以將雷擊產(chǎn)生的能量耦合到網(wǎng)絡(luò )中。如果將它們暴露在戶(hù)外例如：信息亭，或屋頂或頂部的監控攝像頭。這些“天線(xiàn)”甚至可以收集閃電能量。 當安全性、可靠性問(wèn)題首次浮出水面時(shí)，有些電路保護公司開(kāi)發(fā)了“加密狗”方案，提供額外的ESD過(guò)電壓保護。當“加密狗”插入有問(wèn)題的RJ-45插孔，并提供了一個(gè)防浪涌的RJ-45插孔。它們被添加到路由器或其他遇到故障的設備中，在一定程度上是有效的。 隨著(zhù)數據傳輸速率的提高，以及“PoE”技術(shù)的出現，這就需要有定制化的解決方案。以前單純的“加密狗”方法往往是不夠的。但是，“PoE” 技術(shù)也存在一些問(wèn)題。因為，存在的直流電壓會(huì )使專(zhuān)為2V以太網(wǎng)信號設計的收發(fā)器出現過(guò)電壓保護跳閘。由于為10Base-T或100Base-T網(wǎng)絡(luò )設計的保護方案的容性負載，千兆位數據速率可能會(huì )遭受?chē)乐氐臄祿e誤。雖然 “PoE” 提供了過(guò)電流保護功能，但對那些會(huì )損害其他類(lèi)型電源設備的電氣瞬態(tài)來(lái)說(shuō)，這些系統也很易遭受同樣的損害。 與10Base-T不同，千兆位以太網(wǎng)使用一種復雜的編碼方案，它需要一個(gè)非常線(xiàn)性的通道才能長(cháng)距離傳輸。根據外加電壓的不同，硅二極管和晶閘管通常顯示出非線(xiàn)性電容。千兆位以太網(wǎng)還使用比百兆以太網(wǎng)快10倍以上的時(shí)鐘頻率，這使得信號對電纜和任何使用的保護設備的電容更加敏感。 構建一個(gè)強大的以太網(wǎng)防護系統，通常需要一個(gè)“分層”設計的方法，采用電源+網(wǎng)絡(luò )二合一集成設計，多級保護電路它由第一層、第二層和有時(shí)是第三層組成。每個(gè)層級對應不同任務(wù)： 第一層：晶閘管或硅工藝的裝置。如Littelfuse的SDP-Q38CB寬帶SIDACtor保護型晶閘管。它可以提供所需的浪涌處理能力與最小的電容負載。SIDACtor保護型晶閘管對數據信號的影響極小。創(chuàng )新型硅設計可實(shí)現適用于高帶寬應用的電容負載特性。具有SO-8占位的表面貼裝QFN封裝的浪涌能力超過(guò)了大部分全球應用最廣泛的建筑物內部標準以及二次側保護器浪涌承受力的建議標準。這些薄型晶閘管具有低失真和低插入損耗，雖然，初級層通過(guò)過(guò)高的電壓，但它確實(shí)限制了浪涌的持續時(shí)間，因為大部分能量被分流到地面。對于“PoE”應用，保護裝置的擊穿電壓必須高于“PoE”電源電壓。此外，設計工程師必須確保在啟動(dòng)保護后，當連接到電源時(shí)，主保護系統 將“退出”或“復位”。通常，這需要一個(gè)可折回限流的“PoE”電源并且保護裝置處于高保持電流狀態(tài)。 
圖1: Littelfuse SDP-Q38CB寬帶SIDACtor®保護型晶閘管（來(lái)源：貿澤電子） 第二層：高頻變壓器隔離，不僅為PHY收發(fā)IC提供直流隔離，它們微小的磁芯容易飽和，限制了耦合到收發(fā)器電路中的能量。但是，線(xiàn)圈之間的隔離必須能夠承受初級層的通電電壓而不發(fā)生故障。請記住，GDT的直流擊穿電壓可能為90V，但在快速雷電沖擊條件下可能會(huì )超過(guò)500V。線(xiàn)圈間電容也可以通過(guò)隔離柵耦合能量，但這通常比磁耦合能量小。 第三層：當初級和次級保護單元已經(jīng)去除了“PoE”功率，并將最大電壓和電流限制在可控的水平，其中許多技術(shù)從ESD保護裝置技術(shù)中得到借用的。 安森美半導體的NUP4114系列產(chǎn)品（圖2）用于保護電壓敏感元件和高速數據免受ESD的影響。具有超低電容、出色的鉗位能力、低漏電流和快速響應特性。
圖2: 安森美半導體ESD保護二極管和陣列（來(lái)源：貿澤電子） 如今要求苛刻的以太網(wǎng)應用遠遠超出了最初以太網(wǎng)概念的范圍——在距離、數據速率和浪涌威脅等方面。通過(guò)仔細的工程設計，強大的以太網(wǎng)絡(luò )可以應用于苛刻的環(huán)境中。 文章來(lái)源：貿澤電子 作者簡(jiǎn)介：平玨先生現任貿澤電子亞太區技術(shù)行銷(xiāo)經(jīng)理，曾任菲尼克斯電氣（中國）有限公司產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理等職務(wù)。具有10多年的產(chǎn)品應用、解決方案、市場(chǎng)開(kāi)發(fā)、市場(chǎng)應用、產(chǎn)品評估的專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗；覆蓋工業(yè)自動(dòng)化、人工智能、工業(yè)機器人等領(lǐng)域。 畢業(yè)于上海交通大學(xué)，獲得通信工程學(xué)士學(xué)位及控制工程碩士學(xué)位。 |
