用以太网线路保护设计监控系统

purpose_857 · 发表于 2021-11-17 13:40

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一、接口概述

RJ45以太网接口是目前应用最广泛的通讯设备接口，以太网口的电磁兼容性能关系到通讯设备的稳定运行。

二、以太网接口电路设计

1.以太网电路保护

以太网电路的保护需要更精细的处理，因为它的实现(室内到室外)将决定保护设备所需的鲁棒性水平。需要回答的基本问题是用户是否是唯一的威胁(考虑ESD)，或者端口是否也会受到闪电瞬变的影响。对于以太网端口连接到本地路由器或室内摄像机的安装，几乎没有闪电耦合到电路，因此ESD将是唯一的威胁。在这种情况下，保护器件的电容应该在4pF左右或更小，因为数据速率大于100mb/s。

对于那些带有长电缆(100m)的装置(设备箱)，其中以太网硬件与电气硬件和电路混合在一起，可以应用GR-1089等标准。在这些情况下，建筑物中的规格是最重要的，其中包括对两对接口(如100Base-T)使用高达100A峰值脉冲电流(针对2/10μs波形)的规定，以及对四对系统(如1000base-T)的每根导线使用36.4A峰值脉冲电流(1.2/50μs和8/20μs波形)的规定。

对于摄像头在户外的以太网安装来说，直接耦合雷击瞬变的可能性非常高。在这种情况下，雷击浪涌定义为具有500A的峰值脉冲电流(对于2/10μs波形)。由于能量极高，需要基于晶闸管的解决方案来进行线路侧保护。对于变压器的物理层侧来说，安装二极管阵列可以“肃清”通过线路侧保护所允许通过的任何能量。

温馨提示：如果设备为金属外壳，同时单板可以独立地划分出接口地，那么金属外壳与接口地直接电气连接，且单板地与接口地通过1000pF电容相连。

2.以太网供电
如上所述，许多监控摄像机系统易于安装的关键是以太网供电(PoE)。正如预期的那样，这将为保护方案增加另一个考虑因素——它不存在于只有数据的标准以太网电路中。也就是说，在应用程序的两端，以太网线路连接到电源。一边是提供电能的供电设备(PSE)，另一边是使用电能的受电设备(PD)，比如IP摄像头。

除了保护数据线，还要保护电源(PSE或局部放电)。换句话说，根据安装类型(仅限ESD或浪涌+ESD)对数据线进行保护，并根据其独特需求增加电源保护。此外，还应考虑如何实现供电(模式A或模式B)。

模式A和模式B实现指的是如何加载或移除以太网电路的电源。对于100Base-T以太网，仅使用两个可用对象。另外两对是备用的，没有用过。对于模式A PoE，电源将在备用对象上实现。在模式B安装中，电源将在数据线上实现。最后，应该注意的是，DC功率信号的方向(高达57 Vdc)没有指定。它可以插入任何一根柱子。

最常见的电源保护方案是在输入和电源之间使用一个双向TVS二极管。无论极性如何，选择双向二极管是为了避免线路电压。

应考虑瞬态保护(ESD和浪涌)，以确保安全系统组件和网络功能在整个安装寿命期间的可靠性。大多数情况下，只需要基本的ESD保护，暴露在室外开放环境中的设备或电缆也应受到保护，免受雷电浪涌的威胁。电源也会受到瞬态电压事件的影响，需要保护。

三、连接器设计

连接器与机体的搭接方式：

(1)面板打孔时，采用精密铣削技术，使孔眼的形状更适合连接器的放置，避免孔眼切割不准确的地方出现缝隙，进一步减少电磁干扰辐射；试验表明，精密铣削可使电磁兼容性提高12~18%。

(2)在机身与100兆位以太网金属连接器的连接处加入弹片，使两个连接器连接时保持良好的导电性。具体的叠加方式如上图所示:

四、线缆设计

1.电缆设计

(1) RJ45信号电缆采用网状编织屏蔽层屏蔽，网状编织层的编织密度不小于90%；

(2)内部布线，差分电缆采用双绞线传输，双绞线距离一般为信号电缆直径的3倍；

(3)电缆两端应加磁环。磁环的内径应与电缆的外径紧密结合。尽量选择又粗又长的磁环。

2.走线设计