案例70：PCB布線不合理造成網(wǎng)口雷擊損壞

【現(xiàn)象描述】

在實(shí)際使用當(dāng)中，某路由器產(chǎn)品在遭受一次雷擊事件后，以太網(wǎng)通信不正常。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)是以太網(wǎng)口的物理層不能正常連接。測試發(fā)現(xiàn)，以太網(wǎng)PHY芯片的接收端已經(jīng)對地短路。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)布在PCB頂層的以太網(wǎng)接收線已經(jīng)被燒斷，這段PCB布線有明顯的過流痕跡。以太網(wǎng)接收線被燒斷后的連接示意圖如圖6.20所示。

【原因分析】

該產(chǎn)品的以太網(wǎng)接口PCB的布線情況：RJ-45到變壓器之間的接收信號布在TOP層， 發(fā)送信號布在BOTTOM層，RJ-45是帶有金屬屏蔽的。據(jù)雷擊現(xiàn)象的研究結(jié)果，雷擊時產(chǎn)生的過電壓、過電流首先會在屏蔽電纜的屏蔽層上，然后通過屏蔽層與地影響內(nèi)部電路。但是由于屏蔽金屬外殼與PCB的間隙很小，雷擊產(chǎn)生的大電流使網(wǎng)線在屏蔽層上出現(xiàn)很高的壓降，而屏蔽電纜的屏蔽層與RJ-45連接器的外殼是互連的，造成PCB上的以太網(wǎng)接收信號線與RJ-45的屏蔽金屬外殼之間的絕緣被擊穿。由于擊穿回路的阻抗較小，故很大的雷電流通過PCB 的布線將該信號線燒斷。同時，信號線（地）擊穿屏蔽層，在網(wǎng)線屏蔽層上的高共模電壓部分轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)信號線之間的差模電壓，進(jìn)而造成網(wǎng)口PHY芯片的損壞。

在以太網(wǎng)接口中，由于網(wǎng)口變壓器差模傳輸?shù)奶匦钥梢宰鳛楣材＠讚暨^電壓、電流保護(hù)的隔離，在產(chǎn)生雷擊時，網(wǎng)口屏蔽電纜上產(chǎn)生很高的共模電壓。如果高壓信號部分與其他低電壓信號線之間的絕緣耐壓不夠，兩者之間的電壓超過本身的耐壓能力后，就會造成擊穿。擊穿意味著電壓、電流從高壓處傳向低壓處后，將在信號線上形成很大的電流。擊穿的現(xiàn)象（包括電壓、電流、阻抗等的擊穿）在不同的信號線上會有一定的不同。正由于這些不同導(dǎo) 致將共模電壓轉(zhuǎn)換成差模電壓，對于一定頻率的差模信號，變壓器失去了隔離的作用，高壓就會順利通過變壓器傳送到電路上去，造成后級電路的損壞。

網(wǎng)口連接器RJ-45的金屬屏蔽殼包圍著網(wǎng)口的四周。如果信號布線在TOP層，則信號線與連接器金屬外殼之間的絕緣間隙就不能滿足一定的耐壓要求。因此，如果采用金屬外殼的屏蔽網(wǎng)口連接器，則網(wǎng)口連接器與變壓器之間的信號線不能布在TOP 層，否則必須做電壓鉗位型的共模保護(hù)或采用特殊的絕緣處理。

【處理措施】

將以太網(wǎng)接口變壓器初級的信號布線改布在PCB內(nèi)層，以加強(qiáng)信號線與RJ-45連接器外殼之間的絕緣強(qiáng)度。

【思考與啟示】

如果產(chǎn)品使用區(qū)域有可能會發(fā)生雷擊，而且由于其他原因使用以太網(wǎng)線及屏蔽連接器，故建議不要將以太網(wǎng)接口電路變壓器初級的信號線布置在表層或底層。

以上案例來自EMC領(lǐng)域知名專家-鄭老師《EMC電磁兼容設(shè)計與測試案例分析》著作內(nèi)容其一案例！