以太网电接口EMC设计指导书.docx

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1、以太网电接口EMC设计指导书 以太网电接口采用UTP的EMC设计指导书 目录 前言 (4) 1范围和简介 (5) 1.1范围 (5) 1.2简介 (5) 1.3关键词 (5) 2规范性引用文件 (5) 3术语和定义 (6) 4UTP（非屏蔽网线）的介绍 (6) 510/100BASE-T、1000BASE-T以太网电接口的共模噪声 (7) 610/100/1000BASE-T以太网电接口电路设计 (7) 6.110/100/1000BASE-T以太网电接口原理图设计 (7) 6.1.1网口变压器集成在连接器里的网口电路原理图 (8) 6.1.2网口变压器集成在连接器里的网口电路原理图 (8)

2、6.1.3网口指示灯电路原理图 (9) 6.1.4带滤波的10/100BaseT以太网口电路原理图 (10) 6.1.5带滤波的1000BaseT以太网口电路原理图 (11) 6.210/100/1000BASE-T以太网电接口PCB布局、布线 (12) 6.2.1网口变压器没有集成在连接器里的网口电路PCB布局、布线规则 12 6.2.2采用一体化连接器的网口电路PCB布局、布线规则 (15) 6.2.3其它的布局、布线建议 (16) 7实际测试案例： (19) 8结论: (22) 9附录： (24) 10参考文献 (26) 前言 本规范的其他系列规范：无 与对应的国际标准或其他文件的一致性

3、程度：无 规范代替或作废的全部或部分其他文件：无 与其他规范或文件的关系：无 与规范前一版本相比的升级更改的内容： 如果是升级规范，则一定要在此处详细描述本版本相对于上一版本更改的内容，如果是第一次制定，则填写“第一版，无升级更改信息”。 本规范由XX部门提出。 本规范主要起草和解释部门： 本规范主要起草专家：格式（部门：姓名(工号)、姓名(工号)，部门：姓名(工号)、姓名(工号).） 本规范主要评审专家：格式（部门：姓名(工号)、姓名(工号)，部门：姓名(工号)、姓名(工号).） 本规范批准部门：XX部门 本规范所替代的历次修订情况和修订专家为： 规范号主要起草专家主要评审专家 姓名(工号)

4、、姓名(工号)姓名(工号)、姓名(工号) 姓名(工号)、姓名(工号)姓名(工号)、姓名(工号) 10/100/1000BASE-T以太网口采用UTP网线的EMC设计指导书 1 范围和简介 1.1范围 本规范规定了10/100 BASE-TX、1000 BASE-TX以太网口采用UTP网线的EMC电路设计，用以保证10/100 BASE-TX、1000 BASE-TX以太网口具有良好的EMC性能，使用UTP就能满足系统的EMC要求。 本规范适用于具有110/100 BASE-TX、1000 BASE-TX以太网口的单板设计和已有单板的升级，以及现有未对10/100 BASE-TX、1000 BA

5、SE-TX以太网口进行EMC电路设计的产品的整改指导。1.2简介 随着海外市场的拓展，特别是北美市场的介入，对产品使用UTP（Unshielded Twisted Pairs）电缆满足EMC性能的需求越来越急切。UTP电缆以价格便宜、重量轻，容易制作的优点，得到广大用户的青睐，应用十分普遍。但在应用UTP电缆的同时，EMC的问题就摆在我们面前了，需要尽快解决。 大家都知道，UTP对于EMI有一定的抑制作用，但只局限于较低频率，在一篇文档上我看到是30MHz，也就是说，单靠UTP自身的共模抑制作用是不能满足RE性能的。UTP和以前我们使用的STP 不同，STP网线的外面包有一层屏蔽编织网和铝箔，

6、这些屏蔽层衰减、吸收了网线对外的辐射。 10/100 BASE-TX、1000 BASE-TX以太网口在我司产品单板中的应用十分普遍，针对目前存在的以太网口使用UTP无法满足EMC性能要求的问题，特制订本指导书，目的在于规范设计，提高10/100 BASE-TX、1000 BASE-TX以太网口的EMC性能。 在本规范中针对10/100 BASE-TX、1000 BASE-TX以太网口的器件、原理图和PCB提出了EMC 设计建议，并根据产品的定位推荐使用的解决方案。 由于技术的不断发展，本指导书也会根据实际情况进行相应的修改和补充，本设计指导书将进行不定期的修订，以最新的设计指导书为准。同时由

7、于不同产品的的差异性，实际设计时，可考虑对指导书中电路的参数进行调整。 1.3关键词 EMC、网口变压器、PCB、以太网口、一体化连接器、UTP 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本规范，然而，鼓励根据本规范达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本规范。 序号编号名称 1 CISPR 22(1997) Information technology equipment radio disturbance characteristic

8、s limits and methods of measurement. 2 Fcc part 15 3 GR 1089-CORE Electromagnetic Compatibility and Electrical Safety Generic Criteria for Network Telecommunications Equipment 4 单板接口电路EMC设计指导书1.0 3 术语和定义 UTP：非屏蔽网线。 PGND：设备金属外壳的保护接地，用于泄放故障电流和单板保护器件泄流通道。 GND：设备功能电路的接地，是单板及母板上的数字地和模拟地的统称。 EMC：(Electrom

9、agnetic compatibility)电磁兼容性 EMI： (Electromagnetic interference) 电磁干扰 EMS：(Electromagnetic Susceptibility) 电磁敏感度 ESD： (Electrostatic discharge) 静电放电 EFT/B： (Electrical fast transient burst) 电快速瞬变脉冲群 Surge ：浪涌 RE：（Radiated emission）辐射骚扰 CE：（Conducted emission）传导骚扰 CS：（Conducted Susceptibility）传导骚扰抗扰度

10、RS：（Radiated Susceptibility）射频电磁场辐射抗扰度 MAC：媒体接入控制层，是数据链路层的子层。 PHY：物理层 4UTP（非屏蔽网线）的介绍 非屏蔽网线由两根具有绝缘保护层的铜导线组成，两根绝缘铜导线按照一定密度绞在一起，这样可降低信号的干扰程度。每一根导线在传输中辐射的电波会与另外一根的抵消。UTP因为安装 容易、重量轻、具有阻燃性等优点得到广泛应用。 EIA/TIA为双绞线电缆定义了五种不同质量的型号，现在应用最多的是五类线，其最高传输速率100M，主要应用与十兆、百兆以太网。超五类线是相比五类线串扰更小、衰减更小的双绞线。 用来衡量UTP的主要指标有： 1、衰

11、减：就是沿链路的信号损失度量。 2、近端串扰：测量一条UTP链路对另一条的影响。 3、直流电阻。 4、衰减串扰比（ACR）。 5、电缆特性。 5 10/100BASE-T、1000BASE-T以太网电接口的共模噪声 在10/100/1000BASE-T以太网接口中，与EMC关系最大的部分位于PHY芯片到连接器之间的部分，良好的PHY芯片可以大大降低EMI，提高EMS。10/100BASE-T、1000BASE-T接口的共模噪声频谱如下图所示： 图1 差分线输出共模噪声频谱 图中蓝线和黑线分别代表100BASE-T和1000BASE-T的信号频谱，纵轴的大小反应了信号的强度。 网口的EMI主要来

12、自于差分信号线对以及变压器中心抽头的输出共模噪声，这些共模噪声在UTP 中就会产生EMI。 6 10/100/1000BASE-T以太网电接口电路设计 目前以太网按照速率主要包括10M，10/100M，1000M三种接口，10M应用已经很少，基本为10/100M 所代替。目前我司产品的以太网电接口类型主要是采用双绞线的RJ45接口，因此下面只讲述采用双绞线作为传输媒介，采用RJ45对外接口的10/100M，1000M网口基本原理、器件选型以及PCB设计方面的内容。设计时应考虑的因素。 6.110/100/1000BASE-T以太网电接口原理图设计 我司的产品广泛应用到了10/100/1000B

13、ASE-T以太网接口，因为双绞线接口10/100/1000BASE-T 价格低廉，应用简单等特点应用最为普遍，特别是以太网交换机，一块单板可能就会出48个10/100M 以太网口，网口的类型也是多种多样，因为网口信号的速率、密度很高，EMI问题显得十分突出。 10/100/1000BASE-T以太网口电路按照连接器的种类网口电路可以分为：网口变压器集成在连接器里的网口电路和网口变压器不集成在连接器里的网口电路。下面分别给出它们的原理图： 6.1.1网口变压器集成在连接器里的网口电路原理图 图2 10/100/1000BASE-T以太网口电路原理图1 根据上图，可见网口电路主要包括PHY芯片，网

14、口变压器，网口连接器三部分。 1、上图中，变压器匝数比不同，变压器前面的49.9欧姆电阻就不同，根据实际变压器情况以及网线阻抗进行选择，保证两者阻抗匹配。 2、上图右侧的虚线框中部分是Bob smith 电路，此电路由Bob smitch发明，采用此电路的主要作用如下： 1) 可以产生10dB的共模EMI衰减。 2) 提供接近75欧姆的共模阻抗。 3) 降低RJ45连接器未使用管脚的辐射发射。 3、上图中，网口变压器中心抽头的电容值对EMC性能有影响，调整电容的大小，可以使EMC 性能最优。 4、上图中间部分的，由电容组成的差模、共模滤波器可以增强EMC性能,建议在网口增加此部分电路。 5、上

15、图是1000BaseT接口的原理图，和10/100BaseT的区别仅仅在于每个端口10/100BaseT由两对差分线组成，而1000BaseT接口由四对差分线组成。 6.1.2网口变压器集成在连接器里的网口电路原理图 图3 10/100/1000BASE-T以太网口电路原理图2 根据上图，可见网口电路主要包括PHY芯片，网口连接器两部分。 1、上图中，变压器匝数比不同，变压器前面的49.9欧姆电阻就不同，根据实际变压器情况以及网线阻抗进行选择。 2、上图的Bob smith 电路集成在网口连接器里。 3、上图中，CT端对地的电容值对EMC性能有影响，调整电容的大小，可以使EMC性能最优。 4、

16、上图中间部分的，由电容组成的差模、共模滤波器可以增强EMC性能,建议在网口增加此部分电路。 5、上图是1000BaseT接口的原理图，和10/100BaseT的区别仅仅在于每个端口10/100BaseT由两对差分线组成，而1000BaseT接口由四对差分线组成。 6.1.3网口指示灯电路原理图 带指示灯的以太网口电路原理图与不带指示灯灯的大致相同，只是多出指示灯的驱动电路，如下图所示。 图4 网口指示灯原理图 注意点： 1、两个匹配电阻是否需要根据PHY层芯片决定，如有的PHY层芯片内部集成匹配电阻就不需要。匹配电阻是接地还是接电源也是由PHY芯片决定，一般接电源。 2、芯片侧中间抽头需要通过

17、磁珠串接电源，并且注意每一路接一个磁珠，并通过电容 0.01-0.1uf接数字地。 3、点灯部分电路，link和ACT灯走线要加磁珠处理，同时供电电源也要加磁珠处理。但所有显示驱动灯的电源可以共用一个磁珠。 4、变压器与连接器部分的匹配电阻75欧姆和50欧姆精度可以放低到5。但有功率要求，建议选用1/10W的电阻，具体见后面器件选型。但注意由于工艺要求阻排不能够放在单板反面，因此不要换成阻排。 6.1.4带滤波的10/100BaseT以太网口电路原理图 为了保证以太网的EMC性能，降低共模EMI，增强抗扰度，有必要在网口添加滤波电路。下图是带滤波的10/100M以太网电路原理图： 图5 带滤波器件的10/100M网口电原理图 上图中采用共模呃流圈ST7078进行共模滤波。ST7078内部集成四个线圈，对共模呈现高阻，而对差模信号阻抗很小，采用ST7078不仅保证了EMC性能，而且对差模信号影响较小，因此基本不会影响信号质量。关于ST7078的详细资料参见后面的附录。 6.1.5带滤波的1000BaseT以太网口电路原理图 随着通信技术的发展，以太网的速度越来越快，千兆以太网也应用广泛。我司的中高端以太网交换机都用到了1000M以太网技术。 考虑到EMC需求，在必要的场合需要对1000M以太网口进行滤波处理，滤波电路如下图所示：