由于以太网多样性和复杂性,如入网设备可能是常见的交换机、路由器,也可能是网络摄像头、服务器或者其他专用设备,而网络走线长度也从数十厘米到最长100米,不确定的网络环境为每个接入设备带来了威胁,例如ESD静电放电(Electrostatic Discharge)、CDE线缆放电(Cable Discharge)、EFT快速瞬变脉冲群(Electrical Fast Transients))以及雷击浪涌等。这些威胁按照其电气信号的特点分为两大类,快速上升时间事件和缓慢上升时间事件,当然这里快速和缓慢是相对的概念,分别是纳秒和微秒的区别。
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ESD、CDE和 EFT 属于快速上升时间事件,这些事件的波形上升时间往往在纳秒级别,很多在1纳秒以内。浪涌和雷击则能够对设备造成更大的破坏,特别是有网络布线暴露在户外的。其电压可达到6KV以上,电流 100A,并且持续时间也比上述威胁更长。但是对于户外设备,过长的网络走线往往会受到雷击、闪电的干扰。
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针对上面提到两类事件,由于它们电气信号的特点,如上升时间和电压/电流强度不同,我们往往会采用不同的保护器件来应对。快速上升时间时间一般可以通过半导体元件,如TVS实现过压保护。而缓慢上升时间事件一般其电流较大,往往会超过很多半导体材料的上限,因而采用陶瓷气体放电管、半导体放电管、复合式保护组件等。而在设计保护电路时,更多我们使用的是共模和差模干扰概念。因为上面的几种情况,最终都会在电路上生成共模和差模信号。如雷击浪涌更多的为设备带来共模干扰,其会通过互感或者提升接地面电压给所有的双绞线对或者设备接地造成整体的电压上升。而 ESD或者 CDE 由于放电对象的不确定性,可以造成共模或者差模干扰。在有些情况下,共模干扰又会转变为差模干扰。所以我们会针对共模和差模干扰进行设计,并根据信号特点选择合适的器件。
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保护策略
        在讨论保护策略的时候我们需要知道电压本身并不会引起设备或者器件的损坏,如本身带有上千伏静电的设备却可以正常工作。往往是电压引起的电流会造成破坏。因而我们将根据两个基本的策略来实施,第一,阻止干扰信号的电流,第二,对于不可避免的电流,将其引导至设计的安全路径,并确保该路径上的所有环节都可以承受预计的电流。这对共模或者差模干扰都是一样的。
<应用电路实例>
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