除了适宜的器材爬电间隔和电气走线空隙之外，杰出的以太网端口规划实践还需求过压和过流维护器材。算出印制电路板(PCB)的爬电间隔和电气空隙之后，咱们有必要为以太网I/O衔接的两头都挑选维护器材，即线路(RJ-45)侧和驱动器(物理层或PHY)侧。
以太网维护器材一般是多通道瞬态电压按捺器(TVS)二极管阵列，在各种维护技能中，这种阵列可以供给最低的箝位电压。它们供给了各式各样的小形封装，从用于单端口维护的单个器材到维护多条线路的多个器材。这些器材悉数整合在一个封装内，然后最大极限下降了对电路板的空间要求。
TVS二极管阵列在以下状况下运用：被维护的PHY电路需求低箝位电压、典型值为0.4pF至5pF的低电容以及0.1μA至25μA的低漏电流；有必要对多条线路供给维护而且电路板空间有限时；因为各种要挟要素而呈现瞬态电压时。
有必要为以下四种首要的过压电气要挟挑选具有适宜特性的TVS二极管阵列：雷击引起的浪涌、静电放电(ESD)、电快速瞬变(EFT)和电缆放电事情(CDE)。低电容在这些器材中特别重要，它可以避免信号失真，特别是在吉比特以太网电路中。
TVS二极管阵列有必要衔接在一起，以保证可以充分地按捺这些要挟要素。依据实际状况，它们应尽或许接近电气要挟的进入点，一起将相同的地参阅作为要维护的PHY。
要挟按捺或许需求考虑其他的规划要素，比方运用保险丝，将电源线旁路电容接地(接近PHY电源输入引脚)，以保证完成正常的电源滤波。应依据IEC或其他相关规范对PCB原型进行测验，以验证PCB布局是否具有适宜的爬电间隔和电气空隙。这在呈现电力毛病和浪涌状况时，有助于避免电弧构成，并使TVS二极管阵列可以有用地按捺这些事情的发生。
爬电间隔和PCB走线空隙
为了避免以太网PCB上呈现介电击穿和火花，线路侧和地应设置满足的爬电间隔和走线空隙。爬电间隔是两个导电部件之间或许一个导电部件与设备的边界面之间沿绝缘体外表所测得的最短途径。
满足的爬电间隔可以避免漏电起痕，该进程会在绝缘资料外表发生部分衰减的部分传导通路，然后在绝缘外表或邻近发生放电。
漏电起痕的程度取决于两大要素：PCB资料的相对漏电起痕指数(CTI)以及比方高度、湿度和污染物等环境要素。CTI目标供给了在规范测验时因为漏电起痕引起毛病的电压的数值。IEC 112规范给出了漏电起痕和CTI的全面阐明。
电气空隙是两个导电部件(比方电路板走线)之间或许导电部件与设备的边界面之间在空中测得的最短间隔。电气空隙有助于避免部件之间因为空气电离而发生的介电击穿。介电击穿水平还受PCB CTI等级、作业环境的相对湿度、温度和污染程度的影响。
板级规划人员常常会在核算爬电间隔和电气空隙时考虑峰值作业电压，不过还需求考虑电气瞬态进程。有些瞬态电压乃至高达几千伏。
试验室测验标明，要耐受2kV的瞬态电压，FR4电路板走线间隔应至少为25mil。不过，关于规范以太网双绞线为5mil、走线宽度为5mil的以太网板布局，该电气空隙或许太大了。
这是瞬态维护的另一个重要原因：下降高压使间隔可以更小，即高压会因为TVS二极管阵列的箝位效果而得到按捺。在UL 60950-1规范中，表2K标明，2.8kV的最小电气空隙为8.4mm(330mil)，1.4kV的最小电气空隙为6.4mm(252mil)。不过这针对的是稳态电压，而不是针对发生浪涌时快速上升的dv/dt。因而，经过TVS坚持走线之间的电势差关于电路板布局来说至关重要。
了解瞬态事情的特性和极性有助于辅导规划人员开宣布最好的以太网端口维护计划。有了这种了解之后，就可以很好地掌握怎么定位和衔接维护器材。
雷击引起的浪涌
大多数规范、建议或法规都将共模(纵向)浪涌要求界定为最低抗扰度等级。这些共模事情可以转换成差分(金属)事情。因而，有些规范、建议和法规还可以界说差分浪涌要求抗扰度等级。GR-1089-Issue 6,2 IEC 61000-4-5和ITU K20/21对波形的发生和测验进程有所介绍。
图1显现了这两种事例的测验设备。在差分形式下，两个导体或引脚(即J1和J2)衔接在测验设备的正负两头，因而在RJ-45端口处刺进的浪涌事情仅呈现在这两个导体之间。大部分能量都在图2所示的线路侧维护设备TVS1(x2)中消耗。不过，有些能量也会经过变压器耦合，在变压器的驱动器侧发生共模或差分事情。
图1：在差分测验中，两个导体或引脚衔接测验设备的正负两头。
关于共模测验而言，单个导体或数据线路自身将会相关于地进行测验。波形发生器输出将被衔接到一切的导体或引脚(J1、J2、J3和J6)，其地参阅将衔接至PCB地参阅。请有必要留意这或许并不是与PHY GND相同的参阅点，而取决于运用程序的详细规划。
许多状况下，PHY GND与PCB的模仿地都是阻隔的。这是运用耦合变压器的一个优势。在这种状况下，变压器上应只耦合很少的能量。不过因为绕组间电容的影响，TVS1与变压器相结合不会阻挠一切的能量传送至PHY端。这些能量将经过变压器的磁性元件经由电容耦合到其驱动器侧，这些能量或许会在以太网PHY呈现共模或差分事情(或许两者一起呈现)时发生。
为契合IEEE 802.3规范的阻隔要求，图2中的线路侧维护器材TVS1或许不会将其接地引脚(2、3、6和7)接地。尽管依据IEEE 802.3对UL-60950-1的引证，这种接地衔接可被答应。如图2所示，TVS2一直将其I/O引脚衔接至差分对。
图2：在两个引脚之间的RJ-45端口处呈现浪涌事情时，大部分能量在线路端维护设备中耗散，而部分能量则经过变压器在变压器驱动器侧发生共模或差分事情。
不过，与线路侧维护器材不同的是，该器材将其接地引脚衔接至部分地平面，并将其参阅引脚衔接至PHY VCC(Littelfuse公司建议运用这种装备)。假如未衔接接地引脚的话，TVS2就会仅成为差分维护器材，并会潜在地答应具有破坏性的共模事情经过未箝制的PHY。
静电放电
静电放电(ESD)是小电路走线和器材的常见要挟。静电放电是由人体的静电电荷传输到电路所引起的，瞬态电压峰值高达15kV并不常见。在不太严峻的状况下，ESD或许会导致过错的电路操作或许之后将开展成完全毛病的潜在缺点。
ESD按捺器有必要具有极快的呼应时刻，频频地处理持续时刻较短的高峰值电压和电流。TVS二极管阵列是箝位器材，可将瞬态电压约束在设定值。TVS的低动态电阻使其可以在超出其箝位阈值时，将这些高压ESD事情箝制在极低的电平(想想I×R)。一旦瞬态电压降到TVS器材的反向断态电压以下，TVS器材就将中止传导。
依据IEC61000-4-2规范，进行抗ESD测验的设备将经过触摸和空气放电来进行测验。在测验中注入ESD的办法十分之多，比方IEC61000-4-2规范中给出的一些办法。可是在任何状况下，ESD脉冲都是以RJ-45衔接器线路侧的共模事情呈现，因为此放电事情以地为参阅。维护器材被衔接在一起，并依据上文评论的共模事情进行测验。
电快速瞬变
依据IEC61000-4-4，进行抗EFT测验的设备与进行共模雷击浪涌的测验十分类似。在图3所示的较典型的装备中，一切的导体(或引脚)都衔接至测验发生器的正极点，并相对GND发生浪涌。
图3：在电快速瞬变(EFT)测验的典型装备中，一切的导体/引脚都衔接至测验发生器的正极点。施加的浪涌是以地为参阅施加的。
若不是在以太网供电(PoE)运用中，就不需求运用耦合电容器，在以太网供电运用中，33nF的电容值应该就已满足。假如数据线路具有杰出均衡，那么双绞线对之间就只有很少的差分能量或许不存在差分能量。不过，变压器的耦合电容仍是会将共模能量传送到驱动器端，尽管能量有所削减。
电缆放电事情
电缆放电事情(CDE)在发生方法和波形特性方面都不同于ESD。CDE事情一般是在PVC包覆的CAT5非屏蔽双绞线(UTP)电缆拉在尼龙地毯或许瓷砖地板上时发生的，因为这种地板会导致电荷在电缆上逐步集合。相同，经过导管或许其他网络电缆铺设时，电荷也会在电缆上集合。双绞线电缆因为贮存了电荷，因而就像电容相同。
不过，只有当电缆无终端，而且电荷不会当即耗散时(即电缆的两头未刺进体系)，电荷才会逐步集合在一起。新式CAT5和CAT6电缆的介电走漏极低，往往可以将电荷坚持很长一段时刻。在相对湿度较低的环境中，电荷坚持时刻会延伸。
当带电的UTP电缆刺进RJ-45网络端口时，将有许多或许的放电通路。这种瞬态电流会挑选电感最低的通路，或许是坐落穿过Bob Smith沟通终端或许硅器材的变压器中的两条PCB走线之间的RJ-45衔接器。这样，以太网收发器或许上述说到的任何器材都会受损。
电荷量取决于电缆的长度(图4)。研讨标明，无终端的双绞线电缆可以累积高达几千伏的电荷。关于电缆长度超越60m的体系，应采纳额定的CDE预防措施。
图4：不同长度的CAT5以太网电缆的电压首要是因为静电电荷随时刻的堆集而构成。本图显现了长度从10m至110m的电缆的特性曲线。
CDE波形并不像上文所述的任何一种其他的要挟。依据耦合机制的不同，CDE可以是差分的，也可以是共模的。尽管它或许有很大改变，不过其一般特性是具有体现电压和电流驱动的高能量。波形在数百纳秒的时刻内打开，一起完成快速极性翻转(图5)。在这个试验中，PHY的发送器遭到损坏，无法发射网络上的封包。
图5：图示显现了在25ft双绞线被充电至1.5kV后，以太网PHY的发送器引脚处的破坏性CDE波形。
体系规划人员可以依照上文所述，经过抱负的布局实践(器材爬电间隔和走线空隙)来最大极限地避免CDE。TVS二极管阵列有助于将%&&&&&%和其他灵敏器材中的能量搬运。变压器电路还有助于避免呈现共模瞬变。
需求记住的是，IEEE 802.3规范建议，2.25kVdc和1.5kVac的阻隔电压可以避免由CDE发生的高压导致的衔接器毛病。为了避免发生这些事情时构成电弧，这些阻隔要求适用于RJ-45衔接器和阻隔变压器。依据此IEEE 802.3文档中对UL-60950-1的引证，任何接地维护都可以从阻隔测验中去掉，不过任何浪涌测验都需求重新装置这类接地维护。
在耦合变压器和RJ-45衔接器之间的TeleLink保险丝(见图2线路侧保险丝)，可以维护电路不呈现过流浪涌。串火(power cross)事情和邻近沟通线路的浪涌耦合一般会导致呈现这些浪涌。
维护器材的电路衔接
TVS二极管阵列维护器材的大多数电路衔接都在上文中雷击引起的浪涌部分有所介绍，这部分要点介绍了耗散瞬态能量的接地技巧。I/O衔接如图2所示。
大多数TVS二极管阵列常见的剩下引脚一般都标示为VCC。该引脚应衔接至以太网PHY电源轨(比方5V、3.3V等)，如图2中的驱动器(PHY)侧器材(TVS2)所示。请有必要保证维护器材的断态电压或VRWM高于供电电压，以避免维护的稳态激活。
TVS二极管阵列选用多种半导体技能，然后使其可以供给两种维护(图6)。榜首，它们经过二极管吸收瞬态电压，使电流绕开受维护的电路或器材。第二，雪崩或齐纳二极管将电压箝制至安全电平。
图6：以太网驱动器(PHY)侧TVS二极管阵列的内部衔接显现了瞬变通路，经过雪崩二极管或齐纳二极管将瞬态电压从灵敏电路中搬运，并箝制到安全电平。
TVS二极管阵列在特定的浪涌电流波形测验中具有一个箝位电压。该箝位电压有必要满足低，以维护以太网PHY，但也不能过低，不然会搅扰正常的稳态信令。
经过将这类器材的VCC引脚衔接至电源，TVS二极管阵列将因为电源和旁路电容供给的额定电流通路完成较低的箝位电压(参见图6中的红线)。它可以看作是一个电阻分压器，在这种电阻分压器中，瞬态电压进入控向二极管，并发生两条通路：一条经过内部TVS接地，一条经过旁路电容和电源接地。
结果标明，将VCC引脚衔接至电源会完成更好的箝位功能，然后依据旁路电容的正确布局，为以太网PHY供给更好的整体维护。假如没有正确挑选和放置此旁路电容，那么衔接至电源轨将会引起瞬变损坏。
还应留意的是，某些二极管阵列具有展示回跳特性的内部TVS二极管，因而假如电源衔接至外部，就或许遭到损坏。在这种状况下，TVS二极管阵列的VCC引脚不该衔接。
为VCC引脚加偏压的另一个优点是，它可以下降从I/O到GND的电容，而不是让它浮置或是断开衔接。这关于避免信号加载和互调失真来说至关重要，特别是在吉比特以太网电路中。规划人员应参阅用来维护以太网PHY的详细器材的数据手册，以便了解该电容的值，该值部分取决于VCC偏压电平。
器材选型参数
除了低%&&&&&%之外，挑选以太网维护器材时要考虑的另一个特性是动态电阻(RDYN)或许TVS器材处于活动或导通状况时的有用硅电阻。RDYN应该满足低，以保证具有快速呼应时刻和低箝位电压，即低I×R和R×C因数。
需求评价的其他器材要素包含反向断态电压(VRWM)、峰值浪涌电压、峰值浪涌电流定额(IPP)、ESD额定值、反向漏电流(IR)、箝位电压(VC)和峰值脉冲功率定额(PPK)。下表列出了图2中的维护设备的典型参数值。
除了这些挑选规范之外，维护器材还有必要合适电路板空间，而且可以供给合适可用装置和焊接设备的封装装备。首要考虑要素是挑选一个可以维护以太网电路板及其器材，而且可以不呈现毛病地频频完成这种维护的TVS二极管阵列。维护器材厂商会供给各种运用支撑，协助您在选型时做出正确的决议计划。
