PoE接口如何抵御差分模式瞬態(tài)電壓

例如，當(dāng)在供電設(shè)備和受電設(shè)備之間進(jìn)行RJ-45連接時(shí)，引腳接合可能不是同步發(fā)生的。在引腳接觸到RJ-45時(shí)，可能會(huì)發(fā)生引腳1早于或晚于引腳2的情況。這樣就會(huì)在該線對(duì)上產(chǎn)生一個(gè)48V的差分瞬態(tài)過程，進(jìn)而破壞或損壞PoE電路的PHY。當(dāng)用戶在相同的電源端口把連接從一個(gè)已供電設(shè)備切換到一個(gè)未供電設(shè)備時(shí)也會(huì)出現(xiàn)類似的情況。當(dāng)電源設(shè)備檢測(cè)到已連上一個(gè)未供電設(shè)備時(shí)，供電設(shè)備在終止對(duì)前者供電時(shí)會(huì)存在延遲。在這種情況，功率可存在足夠長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間，引腳的非同時(shí)連接形成一個(gè)48V的差分電壓。這種情形導(dǎo)致的差分模式瞬態(tài)可能會(huì)破壞或損害PHY。

瞬態(tài)電壓抑制(TVS)二極管

顯然，由于PoE結(jié)構(gòu)暴露在惡劣的環(huán)境威脅中，所以需要使用片外電路來進(jìn)行保護(hù)。低壓TVS二極管是成熟的以太網(wǎng)收發(fā)器保護(hù)技術(shù)。這種二極管響應(yīng)速度快(亞納秒級(jí))、電容低且鉗位電壓低，非常適于用來抵御各種瞬態(tài)電涌。

為了對(duì)PoE電路提供差分保護(hù)，有效的TVS二極管保護(hù)方案必須能夠鉗住瞬態(tài)/電涌，且同時(shí)在接口上呈現(xiàn)為最小的負(fù)載電容。TVS應(yīng)提供低鉗位電壓，而且，作為一個(gè)一般性規(guī)則，線到線電容應(yīng)不超過幾個(gè)皮法。此外，作為PoE電路的一個(gè)獨(dú)特要求，TVS配置必須考慮在線對(duì)之間存在+/-48V的直流電壓。由于在不同線對(duì)之間存在高直流電壓，不能使用任何在線對(duì)之間形成電氣路徑的集成二極管陣列或橋式TVS器件。差分對(duì)之間必須是電氣隔離的。

圖2：針對(duì)PoE電路的瞬態(tài)電壓保護(hù)。（RJ-45連接器、Rclamp0524S、以太網(wǎng)PHY）

圖2給出了一個(gè)使用Semtech公司RClamp0524S實(shí)現(xiàn)的用于抵御差分模式瞬態(tài)的PoE TVS方案實(shí)例。在實(shí)現(xiàn)PoE保護(hù)電路時(shí)，把保護(hù)電路放在供電側(cè)有一些好處：不僅可以保護(hù)下游的功率開關(guān)電路，而且可避免瞬態(tài)電流流過變壓器。由于任何附加的電感都會(huì)提高TVS二極管的ESD鉗位電壓，因此應(yīng)該盡可能的讓TVS靠近連接器。本例中的TVS陣列具有線間電容較小的特性，由于這些二極管對(duì)在封裝中是分開的所以還能提供必要的線隔離，以便隔離差分對(duì)之間的48V電壓。另外，圖3所示的直通型(flow-through)布局降低了瞬態(tài)路徑中的總電感并可給PCB布局帶來便利。

圖3：Rclamp0524S直通布線。