PoE接口如何抵御差分模式瞬態(tài)電壓

例如，當在供電設備和受電設備之間進(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(xiàn)對上產(chǎn)生一個(gè)48V的差分瞬態(tài)過(guò)程，進(jìn)而破壞或損壞PoE電路的PHY。當用戶(hù)在相同的電源端口把連接從一個(gè)已供電設備切換到一個(gè)未供電設備時(shí)也會(huì )出現類(lèi)似的情況。當電源設備檢測到已連上一個(gè)未供電設備時(shí)，供電設備在終止對前者供電時(shí)會(huì )存在延遲。在這種情況，功率可存在足夠長(cháng)的持續時(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結構暴露在惡劣的環(huán)境威脅中，所以需要使用片外電路來(lái)進(jìn)行保護。低壓TVS二極管是成熟的以太網(wǎng)收發(fā)器保護技術(shù)。這種二極管響應速度快(亞納秒級)、電容低且鉗位電壓低，非常適于用來(lái)抵御各種瞬態(tài)電涌。

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

圖2：針對PoE電路的瞬態(tài)電壓保護。（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)現的用于抵御差分模式瞬態(tài)的PoE TVS方案實(shí)例。在實(shí)現PoE保護電路時(shí)，把保護電路放在供電側有一些好處：不僅可以保護下游的功率開(kāi)關(guān)電路，而且可避免瞬態(tài)電流流過(guò)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，因此應該盡可能的讓TVS靠近連接器。本例中的TVS陣列具有線(xiàn)間電容較小的特性，由于這些二極管對在封裝中是分開(kāi)的所以還能提供必要的線(xiàn)隔離，以便隔離差分對之間的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(lái)便利。

圖3：Rclamp0524S直通布線(xiàn)。