网关的网口加 ESD,器件为什么必须放在隔离变压器后侧?

网关的网口加 ESD,器件为什么必须放在隔离变压器后侧?

2026.10.31 00:00:00
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智能家居网关只有一个 WAN 口,RJ45 座子后面隔着网络变压器才是 PHY。做 ±6 kV 接触放电打网口金属壳和针脚,常见现象是丢包、链路从 1000 M 掉到 100 M,少数是 PHY 接收对地短路,换 PHY 才好。

直接答案

器件放变压器靠 PHY 的一侧:四对差分各一颗 ESD3V3D500TA,容值按 0.5 pF 档核对规格书,MDI 侧不放 ESD 器件,只保留 75 Ω 串 1 nF 到机壳的共模回路。放错一侧,共模 2 kV 就能越过隔离栅把 PHY 打穿。

变压器两侧的电位不是一回事

脚位/级信号正常电平要不要加原因
1/2 对TX+ / TX-差分 ±1 V,共模 2.5 V要,0.5 pF 档PHY 侧第一对,离座子最近,耦合最强
3/6 对RX+ / RX-差分 ±1 V要,0.5 pF 档接收对输入阻抗高,被抬一点就开始丢包
4/5、7/8 对千兆数据对差分 ±1 V千兆机要加,百兆可省百兆时这两对空闲,加了只增加容值
MDI 侧抽头座子侧中心抽头共模 0 V不加器件,75 Ω 串 1 nF 到机壳浪涌与雷击从这里泄放,低压器件会被打穿
PHY 侧抽头芯片侧中心抽头1.8 V 或 2.5 V 偏置经 1 nF 到 PHY 地旁路共模噪声,直流偏置不受影响
壳RJ45 屏蔽壳0 V单点接机壳地接板地会把放电电流引到 PHY 正下方

前侧加器件,等于给隔离栅开一条短路

变压器的作用是把网线上的共模挡在 PHY 之外,绕组隔离耐压按 1.5 kV 设计。有人为了多一层保护,在 MDI 侧并一颗 5 V 档器件,正常时它确实不动作,看起来无害;但网线感应到的雷击共模能到 1 kV 以上,这颗器件先击穿,击穿后只剩几十欧,共模电压整个加在绕组上,层间打穿,PHY 跟着坏。这一条在返修里很有迷惑性:器件炸了,看着像"器件不够强",换更大的器件,下一次打穿的是变压器。MDI 侧该做的是 75 Ω 电阻串 1 nF 电容到机壳,这条路对 50 Hz 是开路的,对 1 MHz 以上才导通,能量走机壳,不进绕组。器件全部放 PHY 侧,那一边的电位被变压器钳在几十伏以内,器件承受的是残余,不是一千伏。

器件贴 PHY 引脚 3 mm,地与机壳分开

四对差分的器件放在 PHY 焊盘后 3 mm 内,走线 0.15 mm 宽、长度不超过 6 mm,四对之间间距不小于 0.3 mm,避免一对动作时把另一对抬起来。地要单独下:一颗器件两个过孔到数字地平面,不要就近接到机壳地,接过去等于把机壳上的共模请回板上。机壳地与数字地之间只在变压器正下方用一个 1 nF/2 kV 电容连接,两边各一段短走线。RJ45 屏蔽壳接机壳地,不接板地:接板地时放电电流从屏蔽壳进板,路径正好穿过 PHY 下方,四对差分都在这个回路上。座子若是塑料壳,金属弹片要单独引一条地线到机壳,不能悬空,悬空的弹片会把电荷攒到几千伏再一次放掉。

±6 kV 接触,判据看丢包与协商速率

接触放电 ±6 kV 打屏蔽壳外沿、八个针脚、座子与面板之间的缝,每点正负各十次,网线接交换机跑 iperf,同时 ping 网关。判据是三条:打的过程中 ping 不中断超过一个包、链路停在 1000 M 不回落 100 M、PHY 的错误计数寄存器不增加。只打枪不跑流量,最容易把已经劣化但还能通的通道放过去。顺序上先打屏蔽壳再打针脚:打针脚时电流要穿过座子内部,屏蔽壳的电位此时已经稳定,两轮结果不会互相污染。复测换一根 3 米的网线,长线的共模阻抗不同,结论会变。

常见问题

MDI 侧那颗 75 Ω 电阻要不要 1% 精度?

要。四对并联后等效 18.75 Ω,精度差会让四对的共模阻抗不平衡,共模转成差模,反而在 RX 对上留下噪声。1% 是这类支路的常规选择。

座子直接接板地不行吗?

短距离、无屏蔽的板子可以,但网口是整机对外的口,放电电流会从座子进板。接机壳地、板地与机壳之间只留一个高压电容,电流才有地方走。

资料来源

资料核对日期:2026-10-31。变压器把共模挡在外面,前侧加低压器件等于在隔离栅上开一条短路。