與電信端口相關(guān)的電磁兼容干擾和防護(hù)設(shè)計

文 | 賽寶質(zhì)量安全檢測中心 郭遠(yuǎn)東

與電信端口相關(guān)的電磁兼容干擾和防護(hù)設(shè)計

文 | 賽寶質(zhì)量安全檢測中心 郭遠(yuǎn)東

本文針對和電信端口相關(guān)的常見的電磁兼容檢測項目，分析不合格的原因，并給出整改措施。同時，給出電信端口的電磁兼容干擾抑制，和電磁兼容防護(hù)設(shè)計方法。最后，給出一個實際應(yīng)用當(dāng)中的電路圖，對本文中提到的方法加以總結(jié)和說明。

電信端口；電磁兼容；干擾抑制；電磁防護(hù)

1.言

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，電信端口已不僅僅只出現(xiàn)在傳統(tǒng)的信息技術(shù)設(shè)備上。現(xiàn)在市面上有很多音視頻類的產(chǎn)品，和一些多功能的設(shè)備，也帶有電信端口，例如支持網(wǎng)絡(luò)播放功能的液晶電視機和藍(lán)光DVD等。目前國家正在大力研發(fā)和開展應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)是需要以通訊技術(shù)作支撐的，那么隨著科技的發(fā)展，各種各樣的“物”會逐漸具備通訊的能力。可見，隨著科技的進(jìn)步，電信端口會越來越廣泛的出現(xiàn)在各類電子產(chǎn)品中。

依照我國3C認(rèn)證的有關(guān)要求，對于能夠接入互聯(lián)網(wǎng)或者局域網(wǎng)的設(shè)備，需要按照GB 9254-2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電信端口的傳導(dǎo)共模騷擾電壓測試，或者進(jìn)行電信端口的傳導(dǎo)共模騷擾電流測試。這兩個測試是等效和可互相替代的。本文中以電信端口的傳導(dǎo)共模騷擾電壓測試為例，說明電信端口的電磁兼容干擾抑制設(shè)計方法；另外，以5類以太網(wǎng)口為例，說明電信端口的電磁兼容防護(hù)設(shè)計方法。

2.信端口的電磁兼容干擾抑制

GB 9254-2008標(biāo)準(zhǔn)中對于電信端口的傳導(dǎo)測試，規(guī)定出了具體的測試要求和測試方法。本文就不再贅述。理論上講，影響電信端口傳導(dǎo)電壓結(jié)果的因素有很多，例如：不同的阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)（ISN）可能導(dǎo)致同一設(shè)備同一端口的測試曲線發(fā)生變化；通訊的數(shù)據(jù)格式不同，或者流量不同，也會引起測試結(jié)果的差異。

圖1.網(wǎng)絡(luò)端口的電視機在100Mbit/s傳輸模式下的初測結(jié)果

圖2.改開關(guān)電源后的電信端口傳導(dǎo)測試曲線

圖3.TM機在100Mbit/s傳輸模式下的初測結(jié)果

圖4.改后的ATM機電信端傳導(dǎo)測試曲線

圖5.信接口組合保護(hù)電路

在GB 9254-2008標(biāo)準(zhǔn)正式實施前，相關(guān)的技術(shù)委員會已經(jīng)對上述由輔助設(shè)備和測試方法等可引起電信端口傳導(dǎo)測試差異的技術(shù)因素一一進(jìn)行了明確的說明和規(guī)定。所以在本文討論的問題中，排除上述引起測試不合格的原因。

電信端口的傳導(dǎo)共模騷擾電壓的主要騷擾源頭有：

2.1.源模塊

電源噪聲會通過近場耦合的方式，傳導(dǎo)至電信端，然后通過ISN被測量接收機捕獲。尤其是當(dāng)使用開關(guān)電源時，開關(guān)電源產(chǎn)生的較強的騷擾會在很大程度上影響電信端口傳導(dǎo)測試的低頻段。

在圖1所示的案例中，被測樣品為帶網(wǎng)絡(luò)端口的液晶電視機，電視機采用的是內(nèi)置式的開關(guān)電源。由圖可以看出，電信端傳導(dǎo)的超標(biāo)頻點為0.4MHz和0.8MHz，頻率大小恰好為開關(guān)電源工作頻率0.2MHz的二倍頻和四倍頻。通過測量電源端口的傳導(dǎo)，我們發(fā)現(xiàn)這兩個頻率的干擾雖然沒有超過限值，但是裕量不大。由此我們判斷干擾源頭是開關(guān)電源的工作頻率。我們采取的整改措施為：加大X電容的容量；增大電源輸出端共模電感的感量。再次測試的曲線見圖2。

2.2.自主板或者網(wǎng)卡上的騷擾

在圖3所示的案例中，被測樣品為ATM機。由圖3可以看出，該ATM機的電信端傳導(dǎo)測試超標(biāo)。超標(biāo)頻段在15MHz之后，并且干擾在曲線上呈現(xiàn) “毛刺”狀。

被測的電信端口位于該ATM機使用的電腦主機上，電腦主機裝的是集成網(wǎng)卡，即電信端口直接安裝在主板上。電腦主板本身的功能很復(fù)雜，并且主板上頻率在15M～30MHz的高頻信號非常多。如果主板存在電路設(shè)計方面的缺陷，那么這些干擾是有可能通過線——線間耦合、共電源或共地阻抗等途徑串到電信端口的數(shù)據(jù)線上的。

該ATM機使用的是5類電信端口，為了保證電信端口的正常數(shù)據(jù)傳輸，我們采取的整改措施為：在進(jìn)行通訊的四條數(shù)據(jù)線上，對地分別加10pF左右的貼片電容進(jìn)行濾波，濾波電容的位置靠近端口；另外，在兩對數(shù)據(jù)線上分別增加貼片式的共模電感。

整改后的電信端傳導(dǎo)測試曲線見圖4。

3.信端口的電磁兼容防護(hù)設(shè)計

對于通訊產(chǎn)品，依據(jù)YD/T 993標(biāo)準(zhǔn)的要求，需要對電信端口進(jìn)行浪涌（雷擊）測試。那么電信端口該如何設(shè)計，才能做好防護(hù)，阻止浪涌電流進(jìn)入內(nèi)部電路呢？

有以下幾種方案可供參考：

3.1.用浪涌（雷擊）抑制元件

比如TVS和壓敏電阻。TVS為電壓箝位型工作方式，亞納秒級的響應(yīng)速度，反應(yīng)時間非常短。TVS有多種封裝方式，可滿足不同場合的需要。當(dāng)TVS上的電壓超過一定幅度時，器件迅速導(dǎo)通，通過PN結(jié)反向過壓雪崩擊穿將浪涌能量泄放掉。由于這類器件導(dǎo)通后阻抗很小，因此它的箝位電壓很平坦，并且很接近工作電壓。壓敏電阻由金屬氧化物（主要是氧化鋅）材料組成，屬箝位型器件，其特性與兩只背對背聯(lián)接的穩(wěn)壓管非常相似，有著毫微秒級的響應(yīng)速度。壓敏電阻對瞬變信號的吸收能力與其體積成正比：其厚度正比于電壓；面積正比于電流。壓敏電阻是目前在電子產(chǎn)品中使用最廣泛的浪涌抑制器件。當(dāng)壓敏電阻上的電壓超過一定幅度時，電阻的阻值大幅度降低，從而將浪涌能量泄放掉。

在實際使用中，TVS管常和壓敏電阻、自恢復(fù)保險絲搭配使用。圖5為一種典型的應(yīng)用原理圖。

圖5中的PTC型自恢復(fù)保險絲在正常工作時，阻抗近似為零，對通信線路無任何影響。當(dāng)浪涌到達(dá)時，TVS管和壓敏電阻導(dǎo)通，大的浪涌電流通過PTC，PTC發(fā)熱后變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，從而分壓了大的浪涌電壓，保護(hù)了后續(xù)的浪涌抑制元件和通信電路；當(dāng)浪涌消失后，PTC溫度下降，恢復(fù)正常的低阻狀態(tài)，通信電路還原到正常狀態(tài)。若通信電路對接口阻抗要求較寬，可以用低阻抗電阻代替PTC，以降低線路成本。此電路適用于非平衡傳輸?shù)膯温吠ㄐ沤涌凇ζ胶鈧鬏數(shù)耐ㄐ沤涌?，T2通道應(yīng)和T1通道對稱，也加上PTC自恢復(fù)保險絲。若為多路通信接口，每路的保護(hù)電路均與此相同。對平衡傳輸?shù)耐ㄐ沤涌趤碚f，當(dāng)設(shè)備為金屬外殼時，還需考慮設(shè)備與外殼地之間的浪涌沖擊，各通信線對地的保護(hù)電路與圖5電路相同，只需將T2換成外殼地即可。各保護(hù)元件的額定電壓應(yīng)與通信接口的正常工作電壓的峰值相適應(yīng)，通流電流應(yīng)與最大浪涌電流相適應(yīng)。

3.2.用網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器

在電信端口的數(shù)據(jù)線上采用網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器是一種不錯的辦法。目前實際中使用的網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器都為芯片式，基本可分為電壓驅(qū)動和電流驅(qū)動兩種形式，使用時可依據(jù)芯片的datasheet進(jìn)行外圍電路的搭接。網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器的作用是：隔離網(wǎng)線連接的不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的不同電平，防止過高的電平對設(shè)備內(nèi)部造成破壞；防止電信網(wǎng)絡(luò)中的浪涌對設(shè)備內(nèi)部電路造成影響；另外，還可有效增加通訊的傳輸距離。

網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器也可以和TVS管配合使用，這樣防雷效果更佳。

3.3.用網(wǎng)絡(luò)端口防雷器

網(wǎng)絡(luò)端口防雷器實際上是將浪涌抑制電路做到了網(wǎng)絡(luò)接口內(nèi)部，在外觀上和普通的網(wǎng)絡(luò)接口類似，只是多了防雷功能。使用網(wǎng)絡(luò)端口防雷器時，需要注意：由于網(wǎng)絡(luò)端口防雷器的浪涌抑制電路的設(shè)計思路是，將浪涌電流導(dǎo)入防雷器的金屬外殼，然后再通過設(shè)備的地線泄放。所以，在使用時，要特別注意防雷器的外殼接地效果。一定要就近接地，保證得到最低的地阻抗。這樣當(dāng)浪涌來臨時，防雷器才能發(fā)揮出預(yù)期的作用。

4.種典型的電信端口干擾抑制和防護(hù)設(shè)計原理圖

圖6所示的電路，即為實際中考慮了電信端口干擾抑制和防護(hù)設(shè)計的電路原理圖。

在圖6的電路中，使用的是百兆的電信端口。C9～C12和L1、L2的主要作用是抑制共模和差模干擾；網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器T1起到抑制浪涌（雷擊）的作用。由于使用了網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器，所以需要用C2、C3以及C4、C5、C6和L3組成的電路，將兩側(cè)的地連接起來。

5.文小結(jié)

綜上，我們討論了與電信端口相關(guān)的電磁兼容干擾抑制和防護(hù)設(shè)計，并給出了一個實際應(yīng)用的電路原理圖。希望能對相關(guān)的企業(yè)和設(shè)計人員起到一定的幫助作用。

[1] 呂飛燕 曹新 周輝 電信端口傳導(dǎo)騷擾測試的影響因素 安全與電磁兼容 2009年 第4期

Electromagnetic Compatibility Interference and Protection Design of Telecommunication Port

This paper analyzes the causes of failure on common EMC tests of telecommunication port,, and gives rectification measures. At the same time, the paper provides EMC interference and protection design methods for telecommunication port. Finally, it concludes with practical circuit and explains the methods mentioned in this article.

telecommunication port；electromagnetic compatibility(EMC)；interference suppression；electromagnetic protection

郭遠(yuǎn)東（1985.1—）男，畢業(yè)于北京理工大學(xué)自動化專業(yè)，學(xué)士學(xué)位，工程師?，F(xiàn)任工業(yè)和信息化部電子第五研究所質(zhì)量安全檢測中心電磁兼容室工程師，主要從事電磁兼容檢測、設(shè)計與對策等研究工作。