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(cè)試發(fā)現(xiàn)，以太網(wǎng)PHY芯片的接收端已經(jīng)對(duì)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(guò)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(hào)布在TOP層， 發(fā)送信號(hào)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(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓、過(guò)電流首先會(huì)在屏蔽電纜的屏蔽層上，然后通過(guò)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(hào)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(guò)PCB 的布線將該信號(hào)線燒斷。同時(shí)，信號(hào)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(hào)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^(guò)電壓、電流保護(hù)的隔離，在產(chǎn)生雷擊時(shí)，網(wǎng)口屏蔽電纜上產(chǎn)生很高的共模電壓。如果高壓信號(hào)部分與其他低電壓信號(hào)線之間的絕緣耐壓不夠，兩者之間的電壓超過(guò)本身的耐壓能力后，就會(huì)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(hào)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(hào)線上會(huì)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(duì)于一定頻率的差模信號(hào)，變壓器失去了隔離的作用，高壓就會(huì)順利通過(guò)變壓器傳送到電路上去，造成后級(jí)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(hào)布線在TOP層，則信號(hào)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(hào)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(jí)的信號(hào)布線改布在PCB內(nèi)層，以加強(qiáng)信號(hào)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(huì)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(jí)的信號(hào)線布置在表層或底層。

以上案例來(lái)自EMC領(lǐng)域知名專(zhuān)家-鄭老師《EMC電磁兼容設(shè)計(jì)與測(cè)試案例分析》著作內(nèi)容其一案例！