Dinge, die Sie über RJ45 -Anschlüsse wissen müssen: RJ45 Gigabit POE Getriebe × RJ45 Surge -Schutzlösung × RJ45 Neutral Salzspray -Test

1. POE -Prinzip (Gigabit Ethernet Netzteil)

1. POE -Schnittstelle (Gigabit Ethernet Netzteil) - Technologie, Signal

Die Stromversorgung über Ethernet (POE) gilt im Allgemeinen für Systeme mit einer maximalen Versorgungsspannung von 57 VDC und einem Benutzer mit einer Seitenleistung von bis zu 73 W. Die Spannung beträgt> 42 V beim Einschalten. Die Spannung liegt während des normalen Betriebs zwischen 36 und 57 V mit einem typischen Wert von 48 V.

POE hat jedoch unterschiedliche Leistungsstufen, und ihre Namen oder Abkürzungen sind ebenfalls unterschiedlich:

· IEEE 802.3AF (POE) liefert 15 -W -Ausgangsleistung oder bis zu 12,95 W am Terminalgerät.

· IEEE 802.3AT (POE+) liefert 30 -W -Ausgangsleistung oder bis zu 25,5 W am Anschlussgerät.

· IEEE 802.3BT (4PPOE) liefert 90 -W -Ausgangsleistung, und das Terminalgerät kann bis zu 71,3 W erreichen.

· IEEE 802.3BU (PODL) für Single - Pair Ethernet Tabelle 1: Überblick über die wichtigsten charakteristischen Daten der Ethernet -Standards und die zugehörigen Klassen

POE -Systeme bestehen aus Power Sourcing -Geräten (PSE) und angetriebenen Geräten (PD, Lasten) mit einer maximal empfohlenen Kabellänge von 100 Metern. Aufgrund des kleinen Leiterkreuzes - Abschnitt, langer Kabellänge und niedriger Systemspannung gibt es einen erheblichen Stromverlust im Kabel, was zu einer geringen Systemeffizienz führen kann. Beispielsweise kann bei Klasse 4 ein PD 25,5 W Leistung mit einem Linienschleifwiderstand von bis zu 12,5 Ω bei 100 Metern und einem maximalen Strom von 600 mA verarbeiten.
Dies führt zu einem Stromverlust von bis zu 4,5 W im Kabel und zu einer Effizienz von nur 82%!

POE ist im IEEE 802.3AF - 2003 Standard (IEEE 802.3 - 2005 Abschnitt 33) oder im Update von 2009 IEEE 802.3at angegeben. Abhängig vom System werden unterschiedliche Stromversorgungstechnologien verwendet.

· Datenpaar: Mit dem Center TAP -Paar der Primär- und Sekundärspulen angetrieben;
· Leerlaufpaar: Angetrieben von der Kabelgruppe der Leerlaufstifte direkt oder durch Transformatorisolation;

In herkömmlichen 10Base - T und 100Base - Tx Ethernet werden nur zwei der vier Paare für die Datenübertragung verwendet. Die anderen beiden Leerlaufpaare können für POE (Netzteil) verwendet werden. Die Daten werden über einen Pfad übertragen und die Leistung wird über einen anderen Pfad übertragen, was der "Leerlaufpaar -Stromversorgung" entspricht. Als POE zum ersten Mal eingeführt wurde, war es der sicherste Weg (siehe Tabelle 2 oben), dh Daten und Leistung gleichzeitig über ein Kabel zu übertragen.


Tabelle 2: Kabelkonfigurationen in 10Base - t, 100Base - TX und 1000Base - T (Gigabit Ethernet) Ethernet -Kabel

Für 1000Base - T (Gigabit -Ethernet) werden alle vier Paare für die Datenübertragung verwendet. In diesem Fall werden Daten und Leistung über dieselben Paare übertragen (siehe Tabelle 2 unten), die daher "Datenpaare" entsprechen. Dieser Ansatz ist hier möglich, da für Ethernet über verdrehte Paarkabel die Differenzdatenübertragung über jedes Paar durchgeführt und von einem Transformator entkoppelt wird. Die Signalübertragung selbst unterscheidet sich nicht von der Nicht -- -POE -Übertragung; Die Datenrate und die Signalamplitude sind gleich.


Tabelle 3: Leistung - auf Sequenz und verwandte Spannungsbereiche

2. Gigabit -Ethernet -Schnittstelle mit der POE -Schnittstellenstruktur

Entsprechend dem IEEE 802.3AT -Standard (POE+) beträgt die Stromversorgung von Powered Device (PD) bis zu 25,5 W. Abbildung 1 zeigt die Grundschaltung des POE+ -Systems.



Abbildung 1: Basic Circuit für ein System, das mit IEEE 802.3AT oder POE+ entspricht

DC -Strom- und Lastanschlüsse sind über den Mittelverlust des Transformators auf der PSE- und PD -Seite erhältlich. Jedes Drähtepaar arbeitet als eine Seite der Gleichstromleistung (positiv oder negativ) in einem gemeinsamen Modus über den Mittellapfer. Daher sind zwei Kabelpaare erforderlich, um die Schaltung zu vervollständigen. Die Polarität der Gleichstromleistung ist nicht wichtig, da die Gleichberechtigung auf der Seite mit angetriebenem Gerät (PD) durchgeführt wird. Das angetriebene Gerät muss mit einem der folgenden zwei Drähtepaare betrieben werden: Ersatzdrahtpaare 4 - 5 und 7 - 8 oder Datenkabelpaare 1 - 2 und 3 - 6.

3. Power - on Process, POE -Erkennung

Bevor die PSE (Stromversorgungsausrüstung) Strom versorgt, muss das Terminalgerät klassifiziert werden. Dies kann eine Beschädigung der Klemmengeräte vermeiden, die POE nicht unterstützen, und durch die Klassifizierung der PD (angetriebenes Gerät) ist die vom PSE bereitgestellte Leistung auf den erforderlichen Bereich beschränkt, wodurch Schäden minimiert werden. Die Stromquelle der PSE verwendet einen Klassifizierungsstrom und eine niedrige Spannung, um festzustellen, ob das Endgerät die PoE -Stromversorgung unterstützt und zu welcher Klasse es gehört. Daher ist je nach Endgerät ein Informationsaustausch (Handshake -Prozess) zwischen der Stromquelle und dem Endgerät erforderlich, wobei das Endgerät seine PD -Klasse kommuniziert. Um zwischen poe -fähigen und nicht - poe - aktivierten Endgeräten im ersten Schritt zu unterscheiden, wird eine Methode, die auf Widerstand basiert - basiert, ob die Poe -Stromversorgung unterstützt wird, in POE -Stromquellen. POE - Aktivierte Endgeräte sind mit einem Eingangskreis ausgestattet, der passive Komponenten zu diesem Zweck enthält. Die PSE -Stromquelle überprüft den internen Widerstand des PD -Schaltkreises mit einem Messkreis. Wenn der Widerstand zwischen 19 kΩ und 26,5 kΩ liegt und die Leitungskapazität ≤ 150 NF beträgt, wird die Stromquelle aktiviert. In der zweiten Erkennungsphase wird die Leistungsklasse bestimmt (Tabelle 1). In dieser Phase erhöht die PD die Spannung allmählich, bis sie signalisiert, welcher der vier Leistungsklassen im 802.3AF -Standard definiert ist, zu dem sie gehört. Das System bietet dann die richtige Stromversorgung. Dieser Erkennungsprozess dauert insgesamt etwa eine Sekunde. Um Beschädigungen der Endgeräte zu verhindern, schaltet die PSE die Stromversorgung automatisch an die zugehörigen Ports aus, sobald die PD aus dem LAN entfernt wird. Abbildung 2 zeigt grafisch den Stromverfahren, und Tabelle 3 zeigt die Leistungsstufen, zugehörigen Prozesse und Spannungsbereiche.


Abbildung 2: Leistung - Up -Abfolge zwischen PSE und PD

Tabelle 4 zeigt die Aufschlüsselung der Klassen (gemäß Tabelle 3 klassifiziert) und den Schleifenstrombereich zwischen PSE und PD, die zum Erkennen oder Zuweisen einer Klasse erforderlich sind.

Die graue Linie (d. H. Der mittlere Wert) wird vom Klassifizierungssystem ignoriert.


Tabelle 4: Klassifizierung (basierend auf Tabelle 3) und dem entsprechenden erforderlichen Bereich für den Schleifenstrom zwischen PSE und PD; Zwischenwerte werden ignoriert; Klassifizierungsstrom = definierter Lastwiderstand durch PD

802.3BT (POE ++) führte im September 2018 zwei neue POE -Typen (Typ 3 und Typ 4) und vier zusätzliche Klassen ein. Der Standard ist vollständig mit früheren POE -Standards kompatibel und kann erfolgreich mit älteren Geräten vom Typ 1 und Typ 2 verwendet werden. Die Ausgangsleistung wird auf 90 W - erhöht 100 w mit Strömen von 600 mA - 960 Ma. In diesem Fall erfordert die Stromversorgung, dass alle vier Paare Linienverluste begrenzen. Um Leitungsverluste zwischen PSE und PD zu reduzieren und hohe Datenraten zu erreichen, werden hohe Anforderungen an das Kabel gestellt. Ein Überblick ist in Tabelle 5 angezeigt.


Tabelle 5: Überblick über die POE -Standards, einschließlich der relevanten Leistung jedes Ports, der verwendeten Kabelpaare und der Kabelkategorie

Ii. RJ45 Surge -Schutzschema

RJ45 -Module werden für die Verbindung zwischen physischen (PHY-) Chips verwendet. Wie in Abbildung 1 gezeigt, hat RJ45 zwei Kombinationen, einer ist diskret, der Netzwerkporttransformator und der RJ45 -Anschluss sind getrennt und der andere ist der Netzwerk -Port -Transformator und RJ45, der zusammen integriert ist.



Abbildung 1: Zwei Hauptformen von RJ45

Nehmen wir den diskreten RJ45 100 -m -Netzwerkkreis als Beispiel. Abbildung 2 zeigt eine typische 100 m Ethernet -Schaltung.



Bob Smith Circuit
Die Bob Smith Circuit wird verwendet, um die Übertragungsqualität von Netzwerksignalen zu verbessern und Interferenzdesign zu verringern. Die Hauptfunktionen sind wie folgt
1) Unterdrückung des gemeinsamen Modus
Die Bob Smith Circuit bietet einen niedrigen - Impedanz -Return -Pfad für das gemeinsame Modus -Rauschen auf der Signallinie
2) Impedanzübereinstimmung
Um eine gute Impedanz -Matching zu erreichen und die Echo -Interferenz zu verringern, wird der mittlere Wasserhahn der Sekundärspule im Allgemeinen durch einen 75 Ω -Widerstand auf den Boden gezogen.
3) Schubschutz
Der Schleifschutz wird in den Schutz und den Schutz des Differentialmodus unterteilt. Gemäß den Anforderungen an IEC61000 - 4 - 5 Blitzschub benötigt der gemeinsame Modus 4KV und der Differentialmodus 2KV.

Häufiger Modusschutz


Überspannungsweg auf der Signallinie: RJ45 → Transformator → Mittellapfe → 75 Ω Widerstand → Kondensator → Boden; Der Transformator, der Widerstand und der Kondensator in diesem Weg müssen in der Lage sein, 4kV -Auswirkungen standzuhalten.

Der Überspannungsweg auf der NC -Linie: RJ45 → 75 Ω Widerstand → Kondensator → Masse: Der Widerstand und der Kondensator sind erforderlich

PS: Für die nicht verwendeten Stifte von RJ45 muss auch die Bob Smith -Schaltung angeschlossen werden, um die Anpassung der Signalimpedanz zu erreichen und externe Strahlungsstörungen zu unterdrücken.

Differentialmodusschutz


Wie in der obigen Abbildung gezeigt, erfordert der Differentialmodus -Flut -Entladungsweg, dass der Netzwerktransformator selbst 2KV -Anständen standhält. Gleichzeitig wird der Differentialmodus durch den Transformator mit dem Phy -Ende gekoppelt, sodass das Phy -Ende 2KV -Auswirkungen standhalten muss. Normalerweise werden ein bidirektionales Fernsehgerät oder andere Schutzmaßnahmen in der Nähe des Phy auf der Datenlinie platziert.

RJ45 Schutzkreis

Outdoor -Ethernet ist anfällig für Blitzschläge. Die durch Blitzfluten erzeugte Spannung und Überstrom können Ethernet -Geräte schädigen. Daher bieten einige Anwendungen zusätzlichen Blitzschutz für die RJ45 -Schnittstelle. Wie in der folgenden Abbildung gezeigt, werden keramische Gasentladungsrohre, ESD- und TVS -Geräte hinzugefügt. Die Primärspule und die Sekundärspule können nicht zusammen geerdet werden. Es muss einen Isolationsbereich in der Mitte geben. Kupfer ist auf der PCB verboten. Für den Signal gemahlen und Sheild sind magnetische Perlen erforderlich.




3. Analyse der Beziehung zwischen neutralem Salzspray -Test und Goldbeschichtungsanforderungen für RJ45 -Stecker
1. Kernanforderungen für den Salzspray -Test von RJ45 -Steckern

Als Kernmittel zur Bewertung der Umweltanpassungsfähigkeit von RJ45 -Anschlüssen bestimmt der neutrale Salzspray -Test (NSS) direkt die Zuverlässigkeit des Steckers in einer salzigen und feuchten Umgebung. Gemäß den internationalen Standards GB/T 10125 und ASTM B117 muss die Salzspray -Expositionszeit von RJ45 -Anschlüssen gemäß den Schweregrad des Anwendungsszenarios festgelegt und mit spezifischen Strukturanforderungen der Goldbeschichtschicht verbunden sein:

Unterhaltungselektronik/gewöhnliche kommerzielle Anwendungen: Das Korrosionsrisiko in der Arbeitsumgebung ist niedrig, die Dicke der Goldbeschichtschicht muss ≥0,5 μm und die Dicke der Nickelbodenschicht ≥3 μm betragen. Diese Konfiguration muss einen 24 -Stunden -Salz -Sprühtest bestehen, wodurch die Änderung des Kontaktwiderstands nach dem Test ≤ 20% und keine Substratkorrosion auf der Plattierungsoberfläche (geringfügige Verfärbungen zulässig ist).

Industriekontroll-/Außengeräte: Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen und chemische Verschmutzung, die Goldbeschichtschicht muss auf ≥ 1,0 μm erhöht werden und die Nickelbodenschicht muss ≥ 5 μm sein. Die Testdauer wird auf 48 - 96 Stunden verlängert, und der Funktionswiderstand ist erforderlich, um nach 192 Stunden stabil zu bleiben.

Kfz -Elektronik-/Meeresausrüstung: Sie muss extremer Korrosion standhalten, wie z. B. Salz und hohes Salzspray, und Verbundbeschichtungen (wie Nickel + Palladium + Gold) oder Goldschicht ≥ 1,5 μm. Der Test erfordert 96 - 240 Stunden strenger Überprüfung, und einige Szenarien müssen den Cass -Test (Kupferbeschleunigter Acetatspray) überlagern.

Zu den Kernindikatoren für die Bestimmung des Fehlers gehören: elektrische Leistung (Kontaktwiderstand> 20%), mechanische Integrität (Plattierungsschale oder Blasenbildung) und Substratkorrosion (grünes Rost sichtbar auf Kupferlegierung). Wenn beispielsweise die Industrie - Grad RJ45 nach 96 Teststunden eine plötzliche Änderung des Kontaktwiderstandes aufweist, zeigt dies an, dass das Versagen der Nickel -Barrier -Schicht dazu geführt hat, dass sich das zugrunde liegende Kupfer ausbreitet.

2. Quantitative Beziehung zwischen Goldbeschichtungsparametern und Salzspray -Haltbarkeit

2.1 Anti - Korrosionsmechanismus der Dicke und Porosität für Goldschicht

Die Schutzleistung der Goldbeschichtschicht nimmt nicht linear zu, und ihre Undurchlässigkeit hängt vom Gleichgewicht zwischen Dicke und Porosität ab. Wenn die Goldschicht weniger als 0,3 μm ist, ist die elektroplanten Kristallisation diskontinuierlich, um dichte Poren zu bilden, und die Cl⁻ -Ionen im Salzspray können in die untere Nickel/Kupfer -Grenzfläche eindringen, um eine elektrochemische Korrosion zu verursachen. Wenn die Dicke auf mehr als 0,5 μm erhöht wird, wird die Porosität signifikant verringert; Wenn es 1,0 μm erreicht, kann die Porosität bei ≤ 5/cm² kontrolliert werden und das Korrosionsrisiko wird stark reduziert. Eine zu dicke Goldschicht (> 2,0 μm) erhöht jedoch die Kosten und kann aufgrund der inneren Spannung spröde Risse verursachen.

Typische Auswirkungen von Goldbeschichtungsprozessfehlern:

Verunreinigungsverschmutzung: Organische Verunreinigungen (z. B. additive Zersetzungsprodukte) führen dazu, dass die Goldschicht blüht, und Metallverunreinigungen (Fe²⁺, Cu²⁺) verringern die aktuelle Effizienz, was zu einer lockeren und porösen Beschichtung führt.

Aktuelle Ungenauigkeit der Dichte: Falsche Amplitudeneinstellung oder Ungleichgewicht der Schwingungselektroplantenparameter, was zu einer lokalen Kristallisationsrauheit (visuelle Rötung), Beschleunigung der Salzspray -Penetration.

Altern der Plattierungslösung: Nach langer -

2.2 Die Schlüsselrolle der Nickel unteren Schicht

Die Nickelschicht spielt eine doppelte Rolle in der gold - plattierten Struktur: mechanische Stützschicht und Korrosionsbarriereschicht. Wenn die Dicke ≥3 μm beträgt, kann sie die Ionendiffusion zwischen dem Kupfersubstrat und der Goldschicht wirksam blockieren; Wenn es auf mehr als 5 & mgr; m erhöht wird, können die Passivierungseigenschaften von Nickel auch dann die Korrosion des Substrats verzögern, selbst wenn es Spurenporen in der Goldschicht gibt. Der neutrale Salzspray -Test zeigt, dass die gold - plattierte Kupferlegierung ohne Nickelschicht innerhalb von 24 Stunden roten Rost aufweist, während die Probe mit 5 μm Nickelschicht nach 96 Stunden nur eine leichte Verfärbung am Rand hat.

Tabelle: Korrespondenz zwischen RJ45 -Stecker Goldbeschichtungsparametern und Salzspray -Testleistung

3. Einfluss von Salzspray -Testbedingungen auf die Ergebnisse

3.1 Temperatur, Feuchtigkeit und Sedimentationskontrolle

Salzspray -Korrosion ist im Wesentlichen eine elektrochemische Reaktion. Die Reaktionsgeschwindigkeit steigt um 2 - 3 -mal pro 10 ° C Temperaturanstieg. Der Standard -NSS -Test erfordert eine konstante Temperatur von 35 ± 2 ° C. Wenn die Abweichung auf 40 ° C beträgt, kann die äquivalente tatsächliche Korrosionsmenge eines 96 - Stunden -Tests 168 Stunden erreichen. Die Sedimentationsmenge muss streng mit 1,0 - 2,0 ml/80 cm² · h kontrolliert werden. Eine unzureichende Sedimentation unterschätzt die Korrosivität, während eine übermäßige Sedimentation dazu führt, dass der Flüssigkeitsfilm die Korrosion der Sauerstoffdiffusion verdickt und beschleunigt.

3.2 Salzwasserkonzentration und pH -Wert

Die NaCl -Konzentration muss bei 5% (Massenverhältnis) beibehalten werden, um die reale Meeresatmosphäre zu simulieren. Wenn die Konzentration größer als 5%beträgt, verringert die Abnahme der Sauerstofflöslichkeit die Korrosionsrate von Stahl. Bei Kupferlegierungen steigt die Korrosionsrate jedoch weiter. Der pH -Wert ist ein empfindlicher Parameter: Wenn der pH von 7,0 auf 3,5 fällt (z. Daher muss der pH während des Tests täglich überwacht und mit NaOH/HCl auf neutral angepasst werden.

3.3 Probenplatzierungswinkel

Wenn der RJ45 -Stecker horizontal (0 °) platziert wird, beträgt die Menge der Salzspray -Ablagerung auf der Oberseite das 1,8 -fache, wenn er vertikal platziert wird, was zu übermäßiger Korrosion führt. Laut GB/T 2423.17 wird empfohlen, sie bei einer Neigung von 30 ° zu platzieren, um die Korrosionsverteilung näher an den tatsächlichen Arbeitsbedingungen zu bringen.