當(dāng)今的萬物互聯(lián)時(shí)代需要很多以太網(wǎng)端口，也就不可避免地會(huì)將一些重要的網(wǎng)絡(luò)連接暴露在危險(xiǎn)的外部環(huán)境之下。外部傳感器攝像頭、WiFi熱點(diǎn)、WiFi中繼器和微蜂窩回程都可能會(huì)連接到交換機(jī)或路由器，使它們面臨過電壓威脅。為了最大限度地提高設(shè)備的耐用性（并盡量減少保修退貨問題），制造商勢(shì)必會(huì)要求其交換機(jī)和路由器滿足特定的浪涌/安全標(biāo)準(zhǔn)或指南。

最初該領(lǐng)域的專家提出了一些建議，以確保在實(shí)際部署時(shí)最大限度地提高穩(wěn)健運(yùn)行的可能性。當(dāng)客戶要求遵守其中一個(gè)或多個(gè)建議時(shí)，這些建議很快就成為了強(qiáng)制要求，你別無選擇。而且現(xiàn)在還推出了很多國際標(biāo)準(zhǔn)，我們很難弄清楚哪些標(biāo)準(zhǔn)適用于我們的特定應(yīng)用場景。IEEE、IEC、Telcordia和ITU文件均規(guī)定了以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，它們很相似，但又各不相同。

下表匯總了一些主要的雷電和浪涌保護(hù)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。值得一提的是，這里僅列出了一些最新標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)殡S著PoE等新技術(shù)的迅速發(fā)展，舊版本很快就會(huì)被淘汰。本文將重點(diǎn)關(guān)注ITU-T，這是目前最嚴(yán)格的一項(xiàng)測試標(biāo)準(zhǔn)。

表1: 主要浪涌保護(hù)標(biāo)準(zhǔn) ITU-T標(biāo)準(zhǔn)簡介

ITU（國際電信聯(lián)盟）是聯(lián)合國負(fù)責(zé)信息通信技術(shù)（IC）的專門機(jī)構(gòu)，擁有多個(gè)部門，其中一個(gè)部門專門負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)化制定，曾稱為CCITT，但在1993年更名為ITU-T。ITU-T制定的K系列建議書主要探討了環(huán)境危害等抗干擾保護(hù)。

ITU-T標(biāo)準(zhǔn)邏輯條理清楚，易于查閱。如需最新版本的標(biāo)準(zhǔn)，請(qǐng)從https://www.ITU.int/rec/T-rec-K/en上免費(fèi)下載。K.20、K.21和K.45針對(duì)不同的應(yīng)用場景，分別列出了具體測試要求（如電壓和電流等級(jí)、阻抗、測試持續(xù)時(shí)間、通過/失敗標(biāo)準(zhǔn)），并且都采用了K.44中定義的常規(guī)測試設(shè)置和測試示意圖。

下圖可以幫助您確定各類產(chǎn)品需要關(guān)注的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。請(qǐng)注意，ITU-T不區(qū)分以太網(wǎng)供電設(shè)備（PSE）和受電設(shè)備（PD），它們都使用相同的標(biāo)準(zhǔn)。住宅區(qū)通常沒有良好的接地系統(tǒng)，更容易受到環(huán)境沖擊。因此，K.21測試比其他測試更難。一般來說。如果能通過K.21測試，那么也能通過K.20和K.45。

圖1: 中央辦公室、接入設(shè)備和客戶端設(shè)備所采用的ITU-T標(biāo)準(zhǔn)

ITU-T明確列出了以太網(wǎng)和PoE需求，很容易遵循。其中測試2. 1. 7至2. 1. 11針對(duì)外部端口，而測試7.4至7.7針對(duì)內(nèi)部端口，但其測試要求是相同的。所有浪涌波形都由標(biāo)準(zhǔn)的8/20組合波發(fā)生器產(chǎn)生。下表對(duì)這些測試進(jìn)行了匯總。

表2: 2017年7月最新頒布的ITU-T K.21基礎(chǔ)和增強(qiáng)測試列表

與之前的ITU-T版本相比，這次的最大變化是將增強(qiáng)測試電壓從4kV升到了6kV，能更準(zhǔn)確地模擬現(xiàn)場所見。室內(nèi)設(shè)備可能只需要滿足基本測試要求。而對(duì)于室外設(shè)備，人們傾向于通過屏蔽以太網(wǎng)電纜來減少電壓和電流的環(huán)境耦合，使得測試標(biāo)準(zhǔn)低于6kV增強(qiáng)測試，但這不會(huì)針對(duì)電線上已經(jīng)存在的傳導(dǎo)電壓和電流提供防護(hù)。最終客戶將確定設(shè)計(jì)是否必須滿足基本或增強(qiáng)保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然這也涉及到成本與性能的權(quán)衡。 測試示例

圖2: K.44測試設(shè)置示例

PoE設(shè)計(jì)中通常有三種不同的接地方式：連接到RJ45連接器處電纜屏蔽層（如果有）的線路側(cè)信號(hào)接地，具有以太網(wǎng)ASIC和SOC的變壓器的PHY側(cè)信號(hào)接地，與信號(hào)隔離的PoE電源接地。這些模塊都以不同的陰影框顯示。

此外，所有PoE測試（絕緣電阻測試除外）均在通電的情況下進(jìn)行。上面顯示的是54V工作臺(tái)電源。為了防止浪涌對(duì)電源的破壞，宜增加一個(gè)具有足夠擊穿電壓的二極管與其串聯(lián)，如上圖所示。而且要增加電源電壓以補(bǔ)償二極管的正向壓降，以確保PoE控制器可以得到適當(dāng)?shù)碾妷骸?/p>

K.44一般規(guī)定所有接地都要連接在一起。但是，也希望能在正常工作模式下進(jìn)行設(shè)備測試，對(duì)于PoE來說，就意味著54V電源應(yīng)保持懸浮狀態(tài)。這將在未來的ITU-T修正案中得到協(xié)調(diào)，但請(qǐng)注意，目前這些測試使用的仍是懸浮電源，否則您可能需要在不通電的情況下進(jìn)行這些測試。 浪涌保護(hù)注意事項(xiàng)

在實(shí)際應(yīng)用中，要想找到一個(gè)能處理好上表所示K.21浪涌和測試條件的設(shè)計(jì)，并不容易。耦合電阻小，浪涌電壓就大。大瞬態(tài)電流會(huì)以某種方式找到接地。如果驅(qū)動(dòng)電壓夠大的話，設(shè)計(jì)者就需要考慮電流可以走的各個(gè)線路。由于存在變壓器電感和電路電容，瞬變可能和想象的不一樣。因此，需要考慮一些相關(guān)問題。

01

線路側(cè)注意事項(xiàng)

在線路側(cè)感應(yīng)到的浪涌可以使用信號(hào)變壓器有效地阻斷，該變壓器在額定情況下可處理高達(dá)6千伏的浪涌（增強(qiáng)測試）和25千伏的浪涌（基礎(chǔ)測試）。然而，真正的額定浪涌變壓器在市場上很少見，因?yàn)樵谏a(chǎn)中進(jìn)行100%測試不僅困難，而且成本高。變壓器通常用于高電位（即耐壓）測試。這是一項(xiàng)涉及電壓緩慢上升的測試，因此其擊穿機(jī)制可能與浪涌擊穿沒有很大的關(guān)聯(lián)。盡管如此，額定耐壓值高的變壓器通常更受歡迎。

大多數(shù)RJ45連接器無法承受上千伏的浪涌，通過在變壓器的線路側(cè)中心抽頭上安裝MOV或VS鉗位電路，降低以太網(wǎng)線路上的電壓，便可以解決這一問題。這對(duì)變壓器也起到了一定的保護(hù)作用。但是，在進(jìn)行500V絕緣電阻測試時(shí)（如表2所示），鉗位電路不能跳閘，因此在選擇元器件時(shí)不僅需要鉗位電壓高于500V，還要考慮工藝和溫度公差。

02

PHY側(cè)注意事項(xiàng)

變壓器可能在浪涌期間飽和，從而大大降低電路PHY側(cè)的電壓。但是，在信號(hào)線路上安裝一個(gè)阻尼裝置來保護(hù)以太網(wǎng)ASICS，仍然是明智的舉措。對(duì)于增強(qiáng)測試，還需要限流器來提升設(shè)計(jì)可靠性，如Bours TCS HSP。

03

PoE注意事項(xiàng)

浪涌也可以通過變壓器中心抽頭進(jìn)入設(shè)計(jì)的PoE階段，所以應(yīng)通過鉗位電路對(duì)PoE控制電路進(jìn)行保護(hù)。直流電源路徑中通常也會(huì)有一個(gè)串聯(lián)的射頻扼流圈，但其頻率響應(yīng)很高，提供的瞬態(tài)浪涌保護(hù)非常有限。鉗位電路應(yīng)放置在保護(hù)器件附近，并選擇適當(dāng)?shù)某叽纾蕴幚淼竭_(dá)PoE電路的電壓和電流。