与电信端口相关的电磁兼容干扰和防护设计

文 | 赛宝质量安全检测中心 郭远东

与电信端口相关的电磁兼容干扰和防护设计

文 | 赛宝质量安全检测中心 郭远东

本文针对和电信端口相关的常见的电磁兼容检测项目，分析不合格的原因，并给出整改措施。同时，给出电信端口的电磁兼容干扰抑制，和电磁兼容防护设计方法。最后，给出一个实际应用当中的电路图，对本文中提到的方法加以总结和说明。

电信端口；电磁兼容；干扰抑制；电磁防护

1.言

随着信息技术的不断发展和互联网的广泛应用，电信端口已不仅仅只出现在传统的信息技术设备上。现在市面上有很多音视频类的产品，和一些多功能的设备，也带有电信端口，例如支持网络播放功能的液晶电视机和蓝光DVD等。目前国家正在大力研发和开展应用物联网，物联网是需要以通讯技术作支撑的，那么随着科技的发展，各种各样的“物”会逐渐具备通讯的能力。可见，随着科技的进步，电信端口会越来越广泛的出现在各类电子产品中。

依照我国3C认证的有关要求，对于能够接入互联网或者局域网的设备，需要按照GB 9254-2008标准进行电信端口的传导共模骚扰电压测试，或者进行电信端口的传导共模骚扰电流测试。这两个测试是等效和可互相替代的。本文中以电信端口的传导共模骚扰电压测试为例，说明电信端口的电磁兼容干扰抑制设计方法；另外，以5类以太网口为例，说明电信端口的电磁兼容防护设计方法。

2.信端口的电磁兼容干扰抑制

GB 9254-2008标准中对于电信端口的传导测试，规定出了具体的测试要求和测试方法。本文就不再赘述。理论上讲，影响电信端口传导电压结果的因素有很多，例如：不同的阻抗稳定网络（ISN）可能导致同一设备同一端口的测试曲线发生变化；通讯的数据格式不同，或者流量不同，也会引起测试结果的差异。

图1.网络端口的电视机在100Mbit/s传输模式下的初测结果

图2.改开关电源后的电信端口传导测试曲线

图3.TM机在100Mbit/s传输模式下的初测结果

图4.改后的ATM机电信端传导测试曲线

图5.信接口组合保护电路

在GB 9254-2008标准正式实施前，相关的技术委员会已经对上述由辅助设备和测试方法等可引起电信端口传导测试差异的技术因素一一进行了明确的说明和规定。所以在本文讨论的问题中，排除上述引起测试不合格的原因。

电信端口的传导共模骚扰电压的主要骚扰源头有：

2.1.源模块

电源噪声会通过近场耦合的方式，传导至电信端，然后通过ISN被测量接收机捕获。尤其是当使用开关电源时，开关电源产生的较强的骚扰会在很大程度上影响电信端口传导测试的低频段。

在图1所示的案例中，被测样品为带网络端口的液晶电视机，电视机采用的是内置式的开关电源。由图可以看出，电信端传导的超标频点为0.4MHz和0.8MHz，频率大小恰好为开关电源工作频率0.2MHz的二倍频和四倍频。通过测量电源端口的传导，我们发现这两个频率的干扰虽然没有超过限值，但是裕量不大。由此我们判断干扰源头是开关电源的工作频率。我们采取的整改措施为：加大X电容的容量；增大电源输出端共模电感的感量。再次测试的曲线见图2。

2.2.自主板或者网卡上的骚扰

在图3所示的案例中，被测样品为ATM机。由图3可以看出，该ATM机的电信端传导测试超标。超标频段在15MHz之后，并且干扰在曲线上呈现 “毛刺”状。

被测的电信端口位于该ATM机使用的电脑主机上，电脑主机装的是集成网卡，即电信端口直接安装在主板上。电脑主板本身的功能很复杂，并且主板上频率在15M～30MHz的高频信号非常多。如果主板存在电路设计方面的缺陷，那么这些干扰是有可能通过线——线间耦合、共电源或共地阻抗等途径串到电信端口的数据线上的。

该ATM机使用的是5类电信端口，为了保证电信端口的正常数据传输，我们采取的整改措施为：在进行通讯的四条数据线上，对地分别加10pF左右的贴片电容进行滤波，滤波电容的位置靠近端口；另外，在两对数据线上分别增加贴片式的共模电感。

整改后的电信端传导测试曲线见图4。

3.信端口的电磁兼容防护设计

对于通讯产品，依据YD/T 993标准的要求，需要对电信端口进行浪涌（雷击）测试。那么电信端口该如何设计，才能做好防护，阻止浪涌电流进入内部电路呢？

有以下几种方案可供参考：

3.1.用浪涌（雷击）抑制元件

比如TVS和压敏电阻。TVS为电压箝位型工作方式，亚纳秒级的响应速度，反应时间非常短。TVS有多种封装方式，可满足不同场合的需要。当TVS上的电压超过一定幅度时，器件迅速导通，通过PN结反向过压雪崩击穿将浪涌能量泄放掉。由于这类器件导通后阻抗很小，因此它的箝位电压很平坦，并且很接近工作电压。压敏电阻由金属氧化物（主要是氧化锌）材料组成，属箝位型器件，其特性与两只背对背联接的稳压管非常相似，有着毫微秒级的响应速度。压敏电阻对瞬变信号的吸收能力与其体积成正比：其厚度正比于电压；面积正比于电流。压敏电阻是目前在电子产品中使用最广泛的浪涌抑制器件。当压敏电阻上的电压超过一定幅度时，电阻的阻值大幅度降低，从而将浪涌能量泄放掉。

在实际使用中，TVS管常和压敏电阻、自恢复保险丝搭配使用。图5为一种典型的应用原理图。

图5中的PTC型自恢复保险丝在正常工作时，阻抗近似为零，对通信线路无任何影响。当浪涌到达时，TVS管和压敏电阻导通，大的浪涌电流通过PTC，PTC发热后变为高阻状态，从而分压了大的浪涌电压，保护了后续的浪涌抑制元件和通信电路；当浪涌消失后，PTC温度下降，恢复正常的低阻状态，通信电路还原到正常状态。若通信电路对接口阻抗要求较宽，可以用低阻抗电阻代替PTC，以降低线路成本。此电路适用于非平衡传输的单路通信接口。对平衡传输的通信接口，T2通道应和T1通道对称，也加上PTC自恢复保险丝。若为多路通信接口，每路的保护电路均与此相同。对平衡传输的通信接口来说，当设备为金属外壳时，还需考虑设备与外壳地之间的浪涌冲击，各通信线对地的保护电路与图5电路相同，只需将T2换成外壳地即可。各保护元件的额定电压应与通信接口的正常工作电压的峰值相适应，通流电流应与最大浪涌电流相适应。

3.2.用网络隔离变压器

在电信端口的数据线上采用网络隔离变压器是一种不错的办法。目前实际中使用的网络隔离变压器都为芯片式，基本可分为电压驱动和电流驱动两种形式，使用时可依据芯片的datasheet进行外围电路的搭接。网络隔离变压器的作用是：隔离网线连接的不同网络设备间的不同电平，防止过高的电平对设备内部造成破坏；防止电信网络中的浪涌对设备内部电路造成影响；另外，还可有效增加通讯的传输距离。

网络隔离变压器也可以和TVS管配合使用，这样防雷效果更佳。

3.3.用网络端口防雷器

网络端口防雷器实际上是将浪涌抑制电路做到了网络接口内部，在外观上和普通的网络接口类似，只是多了防雷功能。使用网络端口防雷器时，需要注意：由于网络端口防雷器的浪涌抑制电路的设计思路是，将浪涌电流导入防雷器的金属外壳，然后再通过设备的地线泄放。所以，在使用时，要特别注意防雷器的外壳接地效果。一定要就近接地，保证得到最低的地阻抗。这样当浪涌来临时，防雷器才能发挥出预期的作用。

4.种典型的电信端口干扰抑制和防护设计原理图

图6所示的电路，即为实际中考虑了电信端口干扰抑制和防护设计的电路原理图。

在图6的电路中，使用的是百兆的电信端口。C9～C12和L1、L2的主要作用是抑制共模和差模干扰；网络隔离变压器T1起到抑制浪涌（雷击）的作用。由于使用了网络隔离变压器，所以需要用C2、C3以及C4、C5、C6和L3组成的电路，将两侧的地连接起来。

5.文小结

综上，我们讨论了与电信端口相关的电磁兼容干扰抑制和防护设计，并给出了一个实际应用的电路原理图。希望能对相关的企业和设计人员起到一定的帮助作用。

[1] 吕飞燕 曹新 周辉 电信端口传导骚扰测试的影响因素 安全与电磁兼容 2009年 第4期

Electromagnetic Compatibility Interference and Protection Design of Telecommunication Port

This paper analyzes the causes of failure on common EMC tests of telecommunication port,, and gives rectification measures. At the same time, the paper provides EMC interference and protection design methods for telecommunication port. Finally, it concludes with practical circuit and explains the methods mentioned in this article.

telecommunication port；electromagnetic compatibility(EMC)；interference suppression；electromagnetic protection

郭远东（1985.1—）男，毕业于北京理工大学自动化专业，学士学位，工程师。现任工业和信息化部电子第五研究所质量安全检测中心电磁兼容室工程师，主要从事电磁兼容检测、设计与对策等研究工作。