RJ45 コネクタについて知っておくべきこと: RJ45 ギガビット PoE 伝送 × RJ45 サージ保護ソリューション × RJ45 中性塩水噴霧テスト
1. ギガビット イーサネット電源 (PoE) の原理
1. ギガビット イーサネット電源 (PoE) インターフェイス – テクノロジー、信号
Power over Ethernet (PoE) は一般に、最大供給電圧 57 VDC およびユーザー側電力 73 W までのシステムに適用できます。電源がオンになっているときの電圧は > 42 V です。通常動作時の電圧は 36 ～ 57 V で、標準値は 48 V です。
ただし、PoE にはさまざまな電力レベルがあり、その名前や略語も異なります。
·IEEE 802.3af (PoE) は、15 W の出力電力、または端末デバイスで最大 12.95 W の出力電力を提供します。
·IEEE 802.3at (PoE+) は 30 W の出力電力、または端末デバイスで最大 25.5 W の出力電力を提供します。
・IEEE 802.3bt (4PPoE) は90 Wの出力電力を提供し、端末デバイスは最大71.3 Wに達します。
·シングル-ペアイーサネット用IEEE 802.3bu (PoDL)
表 1: イーサネット規格と関連クラスの最も重要な特性データの概要
PoE システムは、給電装置 (PSE) と受電装置 (PD、負荷) で構成され、推奨される最大ケーブル長は 100 メートルです。導体断面積が小さく、ケーブル長が長く、システム電圧が低いため、ケーブル内で大幅な電力損失が発生し、システム効率の低下につながる可能性があります。たとえば、クラス 4 では、PD は 25.5 W の電力を処理でき、ライン ループ抵抗は 100 メートルで最大 12.5 Ω、許容最大電流は 600 mA です。
その結果、ケーブル内で最大 4.5 W の電力損失が発生し、効率はわずか 82% になります。
PoE は、IEEE 802.3af-2003 標準 (IEEE 802.3-2005 セクション 33) または 2009 アップデート IEEE 802.3at で規定されています。システムに応じて、さまざまな電力供給テクノロジーが使用されます。
·データペア：一次コイルと二次コイルのセンタータップペアによって電力が供給されます。
·アイドルペア:アイドルピンの配線グループから直接、またはトランス絶縁によって電力供給されます。
従来の 10BASE-T および 100BASE-TX イーサネットでは、4 つのペアのうち 2 つだけがデータ送信に使用されます。残りの 2 つのアイドル ペアは PoE (電源供給) に使用できます。データは一方の経路で伝送され、電力はもう一方の経路で伝送されます。これは、「アイドルペア電源」に相当します。 PoE が最初に導入されたとき、それは 1 本のケーブルを通じてデータと電力を同時に送信するという最も安全な方法でした (上記の表 2 を参照)。
表 2: 10BASE-T、100BASE-TX、および 1000BASE-T (ギガビット イーサネット) イーサネット ケーブルの配線構成
1000BASE-T (ギガビット イーサネット) の場合、4 つのペアすべてがデータ送信に使用されます。この場合、データと電力は同じペアを介して送信されるため (以下の表 2 を参照)、これらは「データ ペア」に対応します。ツイストペアケーブル上のイーサネットでは、差動データ伝送が各ペアで実行され、変圧器によって分離されるため、このアプローチが可能になります。信号伝送自体は非 PoE 伝送と変わりません。データレートと信号振幅は同じです。
表 3: 電源投入シーケンスと関連する電圧範囲
2. PoEインターフェース構造を備えたギガビットイーサネットインターフェース
IEEE 802.3at 規格 (PoE+) に準拠し、受電装置 (PD) の電力は最大 25.5 W です。図 1 に、PoE+ システムの基本回路を示します。
図 1: IEEE 802.3at または PoE+ に準拠したシステムの基本回路
DC電源と負荷の接続は、PSE側とPD側のトランスのセンタータップから行えます。ワイヤの各ペアは、DC 電源 (正または負) の片側としてセンター タップを介してコモン モードで動作するため、回路を完成するには 2 対のワイヤが必要です。整流は受電装置 (PD) 側で行われるため、DC 電源の極性は重要ではありません。受電装置は、次の 2 つのワイヤ ペアのいずれかを使用して電力を供給する必要があります: スペア ワイヤ ペア 4-5 および 7-8、またはデータ ワイヤ ペア 1-2 および 3-6。
3. 電源投入プロセス、PoE 検出
PSE（電源供給装置）が電力を供給する前に、端末装置を機密化する必要があります。これにより、PoEに対応していない端末機器への被害を回避できるほか、PD（受電機器）を分類することでPSEから供給される電力を必要な範囲に限定し、被害を最小限に抑えることができます。 PSE の電源は、分類電流と低電圧を使用して、エンド デバイスが PoE 電源をサポートしているかどうか、およびどのクラスに属するかを判断します。したがって、エンドデバイスによっては、電源とエンドデバイスとの間で情報交換（ハンドシェイクプロセス）が必要となり、これによりエンドデバイスは自身のＰＤクラスを伝達する。最初のステップでPoE対応エンドデバイスとPoE非対応エンドデバイスを区別するために、PoE電源がサポートされているかどうかの抵抗発見に基づく方法がPoE電源で使用されます。 PoE 対応のエンドデバイスには、この目的のために受動部品を含む入力回路が装備されています。 PSE 電流源は、測定回路を使用して PD 回路の内部抵抗をチェックします。抵抗が 19 kΩ ～ 26.5 kΩ で、ライン容量が ≤ 150 nF の場合、電源がオンになります。 2 番目の検出フェーズでは、パフォーマンス クラスが決定されます (表 1)。このフェーズでは、PD は、802.3af 規格で定義されている 4 つのパフォーマンス クラスのどれに属するかを通知するまで、電圧を徐々に増加させます。その後、システムは正しい電源を供給します。この検出処理には合計約 1 秒かかります。エンドデバイスへの損傷を防ぐため、PD が LAN から取り外されると、PSE は関連するポートへの電源を自動的にオフにします。図２は電源投入プロセスをグラフで示し、表３は電源投入ステップ、関連するプロセス、および電圧範囲を示します。
図 2: PSE と PD 間の動作の電源投入シーケンス
表 4 は、クラス (表 3 に従って分類) の内訳と、クラスの検出または割り当てに必要な PSE と PD の間のループ電流範囲を示しています。
灰色の線 (つまり、中央の値) は、分類システムでは無視されます。
表 4: PSE と PD 間のループ電流の分類 (表 3 に基づく) および対応する必要な範囲。中間値は無視されます。分類電流 = PD を通る定義された負荷抵抗
802.3bt (PoE++) は、2018 年 9 月に 2 つの新しい PoE タイプ (タイプ 3 およびタイプ 4) と 4 つの追加クラスを導入しました。 この規格は、以前の PoE 標準と完全に下位互換性があり、古いタイプ 1 およびタイプ 2 のデバイスでも問題なく使用できます。出力電力は 90 W に増加します。 100 W、電流 600 mA - 960mA。この場合、電源はライン損失を制限するために 4 つのペアすべてを必要とします。 PSE と PD 間の回線損失を削減し、高いデータ レートを達成するために、ケーブルには高い要求が課せられます。概要を表 5 に示します。
表 5: PoE 規格の概要 (各ポートの関連電力、使用されるワイヤ ペア、ケーブル カテゴリなど)
II. RJ45サージ保護方式
RJ45 モジュールは、物理 (PHY) チップ間の相互接続に使用されます。図 1 に示すように、RJ45 には 2 つの組み合わせがあります。1 つは個別のもので、ネットワーク ポート トランスと RJ45 コネクタが分離されており、もう 1 つはネットワーク ポート トランスと RJ45 が一体化されています。
図 1: RJ45 の 2 つの主な形式
ディスクリート RJ45 100M ネットワーク回線を例に挙げてみましょう。図 2 は、一般的な 100M イーサネット回路を示しています。
ボブ・スミス・サーキット
ボブ・スミス回路は、ネットワーク信号の伝送品質を向上させ、干渉を低減する設計に使用されます。主な機能は次のとおりです
1) コモンモード抑制
ボブ・スミス回路は、信号線上のコモンモードノイズに対して低インピーダンスのリターンパスを提供します。
2) インピーダンスマッチング
良好なインピーダンスマッチングを実現し、エコー干渉を低減するために、二次コイルの中間タップは一般に 75Ω 抵抗を介してグランドにプルダウンされます。
3) サージ保護
サージ保護は、コモンモード保護とディファレンシャルモード保護に分かれています。 IEC61000-4-5 の雷サージ要件によれば、コモンモードには 4KV、ディファレンシャルモードには 2KV が必要です。
コモンモード保護
信号ライン上のサージ放電経路: RJ45 → トランス → センタータップ → 75Ω 抵抗 → コンデンサ → グランド。この経路の変圧器、抵抗器、コンデンサは 4KV サージ衝撃に耐えられる必要があります。
NC ラインのサージ放電経路: RJ45 → 75Ω 抵抗 → コンデンサ → グランド: 抵抗とコンデンサは 4KV サージ衝撃に耐える必要があります。
PS: RJ45 の未使用ピンについては、信号インピーダンスの整合を実現し、外部放射干渉を抑制するために、ボブ スミス回路も接続する必要があります。
ディファレンシャルモード保護
上の図に示すように、差動モードのサージ放電経路では、ネットワーク変圧器自体が 2KV サージに耐える必要があります。同時に、差動モードはトランスを介して PHY 端に結合されるため、PHY 端は 2KV の衝撃に耐える必要があります。通常、双方向 TVS デバイスまたはその他の保護手段がデータ ライン上の PHY の近くに配置されます。
RJ45保護回路
屋外のイーサネットは落雷の危険があります。雷サージによって発生する電圧と過電流は、イーサネット関連機器に損傷を与える可能性があります。したがって、一部のアプリケーションは、RJ45 インターフェイスに追加の雷保護を提供します。以下の図に示すように、セラミック製ガス放電管、ESD、TVS デバイスが追加されています。 1次コイルと2次コイルを一緒に接地することはできません。真ん中に隔離領域が必要です。 PCB では銅は禁止されています。信号グランドとシールドには磁気ビーズが必要です。
3. 中性塩水噴霧試験と RJ45 コネクタの金メッキ要件の関係の分析
1. RJ45 コネクタの塩水噴霧試験の主要要件
RJ45 コネクタの環境適応性を評価する中心的な手段として、中性塩水噴霧試験 (NSS) は、塩分と湿気の多い環境におけるコネクタの信頼性を直接決定します。国際規格 GB/T 10125 および ASTM B117 によれば、RJ45 コネクタの塩水噴霧暴露時間は、アプリケーション シナリオの厳しさに従って設定し、特定の金めっき層構造要件に関連付けられる必要があります。
家庭用電化製品/通常の商業用途: 作業環境での腐食リスクは低く、金めっき層の厚さは ≥0.5μm、ニッケル下層の厚さは ≥3μm である必要があります。この構成は 24 ～ 48 時間の塩水噴霧テストに合格する必要があり、テスト後の接触抵抗の変化が 20% 以下であること、およびめっき表面の基板腐食がないことが必要です (わずかな変色は許容されます)。
産業用制御/屋外機器: 温度と湿度の変動と化学汚染に直面しているため、金めっき層を 1.0μm 以上、ニッケル下層を 5μm 以上にする必要があります。試験期間は 48 ～ 96 時間に延長され、機能耐性は 192 時間後も安定していることが必要です。
自動車エレクトロニクス/海洋機器: 除氷塩や高濃度の塩水噴霧などの極度の腐食に耐える必要があり、複合コーティング (ニッケル + パラジウム + 金など) または 1.5μm 以上の金層を使用する必要があります。このテストには 96 ～ 240 時間の厳密な検証が必要で、一部のシナリオでは CASS (酢酸銅加速スプレー) テストを重ね合わせる必要があります。
故障を判断するための中心的な指標には、電気的性能 (接触抵抗の増加 > 20%)、機械的完全性 (メッキの剥離または膨れ)、および基板の腐食 (銅合金に見える緑色の錆) が含まれます。たとえば、工業用 RJ45 の 96 時間のテスト後に接触抵抗が突然変化した場合、ニッケル バリア層の破損により、その下の銅の腐食が広がったことを示します。
2. 金めっきパラメータと塩水噴霧耐久性の定量的関係
2.1 金層の厚さと気孔率の耐食メカニズム
金メッキ層の保護性能は直線的に増加するわけではなく、その不浸透性は厚さと気孔率のバランスに依存します。金層が 0.3μm 未満の場合、電気めっきの結晶化が不連続になって密な細孔が形成され、塩水噴霧中の Cl- イオンが底部のニッケル/銅界面に浸透して電気化学的腐食を引き起こす可能性があります。厚さが0.5μmを超えると、気孔率は大幅に減少します。 1.0μmに達すると、気孔率を5/cm2以下に制御でき、腐食のリスクが大幅に減少します。ただし、金層が厚すぎると（>2.0μm）、コストが高くなり、内部応力により脆性亀裂が発生する可能性があります。
金めっきプロセスの欠陥による一般的な影響:
不純物の汚染: 有機不純物 (添加剤の分解生成物など) は金層のブルームを引き起こし、金属不純物 (Fe²⁺、Cu²⁺) は電流効率を低下させ、コーティングが緩んで多孔質になります。
電流密度の不正確さ: 間違った振幅設定または振動電気めっきパラメータの不均衡により、局所的な結晶化の粗さ (見た目の赤み) が生じ、塩水噴霧の浸透が加速されます。
めっき液の老化：長期間の使用後、コバルト／ニッケルイオンの濃度が変動し、硬質金（Ａｕ｜Ｃｏ／Ａｕ｜Ｎｉ）合金の比率が変化し、密度が低下する。
2.2 ニッケル下層の重要な役割
ニッケル層は、金めっき構造において、機械的支持層と腐食バリア層という二重の役割を果たす。厚さが 3μm 以上の場合、銅基板と金層の間のイオン拡散を効果的にブロックできます。 5μmを超えて増加すると、たとえ金層に微量の細孔があっても、ニッケルの不動態化特性により基板の腐食を遅らせることができます。中性塩水噴霧試験により、ニッケル層のない金めっき銅合金は２４時間以内に赤錆が発生するが、５μｍのニッケル層を有するサンプルは９６時間後に端部にわずかな変色があるだけであることが示される。
表：RJ45コネクタの金メッキパラメータと塩水噴霧試験の性能の対応
3. 塩水噴霧試験条件が結果に与える主な影響
3.1 温度、湿度、沈降の管理
塩水噴霧腐食は本質的に電気化学反応です。温度が 10°C 上昇するごとに、反応速度は 2-3 倍増加します。標準の NSS テストでは、35±2°C の一定温度が必要です。偏差が 40°C までの場合、96 時間のテストの等価実腐食量は 168 時間に達する可能性があります。沈降量は1.0-2.0ml/80cm²・hと厳密に管理する必要があります。沈降が不十分だと腐食性が過小評価され、沈降が多すぎると液膜が厚くなり酸素拡散腐食が促進されます。
3.2 塩水濃度とpH値
実際の海洋大気をシミュレートするには、NaCl 濃度を 5% (質量比) に維持する必要があります。濃度が 5% を超えると、酸素溶解度の減少により鋼の腐食速度が低下します。しかし、銅合金の場合、腐食速度は増加し続けます。 pH 値は敏感なパラメータです。pH が 7.0 から 3.5 に低下すると (CO2 の溶解による酸性化などにより)、腐食速度は 7 ～ 8 倍増加します。したがって、テスト中は毎日 pH を監視し、NaOH/HCl で中性になるように調整する必要があります。
3.3 サンプル設置角度
RJ45 コネクタを水平 (0°) に配置すると、上面の塩水噴霧の付着量が垂直に配置した場合の 1.8 倍となり、過度の腐食が発生します。 GB/T 2423.17 によれば、腐食分布を実際の作業条件に近づけるために、30° 傾けて設置することが推奨されています。
1. ギガビット イーサネット電源 (PoE) インターフェイス – テクノロジー、信号
Power over Ethernet (PoE) は一般に、最大供給電圧 57 VDC およびユーザー側電力 73 W までのシステムに適用できます。電源がオンになっているときの電圧は > 42 V です。通常動作時の電圧は 36 ～ 57 V で、標準値は 48 V です。
ただし、PoE にはさまざまな電力レベルがあり、その名前や略語も異なります。
·IEEE 802.3af (PoE) は、15 W の出力電力、または端末デバイスで最大 12.95 W の出力電力を提供します。
·IEEE 802.3at (PoE+) は 30 W の出力電力、または端末デバイスで最大 25.5 W の出力電力を提供します。
・IEEE 802.3bt (4PPoE) は90 Wの出力電力を提供し、端末デバイスは最大71.3 Wに達します。
·シングル-ペアイーサネット用IEEE 802.3bu (PoDL)
PoE システムは、給電装置 (PSE) と受電装置 (PD、負荷) で構成され、推奨される最大ケーブル長は 100 メートルです。導体断面積が小さく、ケーブル長が長く、システム電圧が低いため、ケーブル内で大幅な電力損失が発生し、システム効率の低下につながる可能性があります。たとえば、クラス 4 では、PD は 25.5 W の電力を処理でき、ライン ループ抵抗は 100 メートルで最大 12.5 Ω、許容最大電流は 600 mA です。
その結果、ケーブル内で最大 4.5 W の電力損失が発生し、効率はわずか 82% になります。
PoE は、IEEE 802.3af-2003 標準 (IEEE 802.3-2005 セクション 33) または 2009 アップデート IEEE 802.3at で規定されています。システムに応じて、さまざまな電力供給テクノロジーが使用されます。
·データペア：一次コイルと二次コイルのセンタータップペアによって電力が供給されます。
·アイドルペア:アイドルピンの配線グループから直接、またはトランス絶縁によって電力供給されます。
従来の 10BASE-T および 100BASE-TX イーサネットでは、4 つのペアのうち 2 つだけがデータ送信に使用されます。残りの 2 つのアイドル ペアは PoE (電源供給) に使用できます。データは一方の経路で伝送され、電力はもう一方の経路で伝送されます。これは、「アイドルペア電源」に相当します。 PoE が最初に導入されたとき、それは 1 本のケーブルを通じてデータと電力を同時に送信するという最も安全な方法でした (上記の表 2 を参照)。
表 2: 10BASE-T、100BASE-TX、および 1000BASE-T (ギガビット イーサネット) イーサネット ケーブルの配線構成
1000BASE-T (ギガビット イーサネット) の場合、4 つのペアすべてがデータ送信に使用されます。この場合、データと電力は同じペアを介して送信されるため (以下の表 2 を参照)、これらは「データ ペア」に対応します。ツイストペアケーブル上のイーサネットでは、差動データ伝送が各ペアで実行され、変圧器によって分離されるため、このアプローチが可能になります。信号伝送自体は非 PoE 伝送と変わりません。データレートと信号振幅は同じです。
表 3: 電源投入シーケンスと関連する電圧範囲
2. PoEインターフェース構造を備えたギガビットイーサネットインターフェース
IEEE 802.3at 規格 (PoE+) に準拠し、受電装置 (PD) の電力は最大 25.5 W です。図 1 に、PoE+ システムの基本回路を示します。
図 1: IEEE 802.3at または PoE+ に準拠したシステムの基本回路
DC電源と負荷の接続は、PSE側とPD側のトランスのセンタータップから行えます。ワイヤの各ペアは、DC 電源 (正または負) の片側としてセンター タップを介してコモン モードで動作するため、回路を完成するには 2 対のワイヤが必要です。整流は受電装置 (PD) 側で行われるため、DC 電源の極性は重要ではありません。受電装置は、次の 2 つのワイヤ ペアのいずれかを使用して電力を供給する必要があります: スペア ワイヤ ペア 4-5 および 7-8、またはデータ ワイヤ ペア 1-2 および 3-6。
3. 電源投入プロセス、PoE 検出
PSE（電源供給装置）が電力を供給する前に、端末装置を機密化する必要があります。これにより、PoEに対応していない端末機器への被害を回避できるほか、PD（受電機器）を分類することでPSEから供給される電力を必要な範囲に限定し、被害を最小限に抑えることができます。 PSE の電源は、分類電流と低電圧を使用して、エンド デバイスが PoE 電源をサポートしているかどうか、およびどのクラスに属するかを判断します。したがって、エンドデバイスによっては、電源とエンドデバイスとの間で情報交換（ハンドシェイクプロセス）が必要となり、これによりエンドデバイスは自身のＰＤクラスを伝達する。最初のステップでPoE対応エンドデバイスとPoE非対応エンドデバイスを区別するために、PoE電源がサポートされているかどうかの抵抗発見に基づく方法がPoE電源で使用されます。 PoE 対応のエンドデバイスには、この目的のために受動部品を含む入力回路が装備されています。 PSE 電流源は、測定回路を使用して PD 回路の内部抵抗をチェックします。抵抗が 19 kΩ ～ 26.5 kΩ で、ライン容量が ≤ 150 nF の場合、電源がオンになります。 2 番目の検出フェーズでは、パフォーマンス クラスが決定されます (表 1)。このフェーズでは、PD は、802.3af 規格で定義されている 4 つのパフォーマンス クラスのどれに属するかを通知するまで、電圧を徐々に増加させます。その後、システムは正しい電源を供給します。この検出処理には合計約 1 秒かかります。エンドデバイスへの損傷を防ぐため、PD が LAN から取り外されると、PSE は関連するポートへの電源を自動的にオフにします。図２は電源投入プロセスをグラフで示し、表３は電源投入ステップ、関連するプロセス、および電圧範囲を示します。
図 2: PSE と PD 間の動作の電源投入シーケンス
表 4 は、クラス (表 3 に従って分類) の内訳と、クラスの検出または割り当てに必要な PSE と PD の間のループ電流範囲を示しています。
灰色の線 (つまり、中央の値) は、分類システムでは無視されます。
表 4: PSE と PD 間のループ電流の分類 (表 3 に基づく) および対応する必要な範囲。中間値は無視されます。分類電流 = PD を通る定義された負荷抵抗
802.3bt (PoE++) は、2018 年 9 月に 2 つの新しい PoE タイプ (タイプ 3 およびタイプ 4) と 4 つの追加クラスを導入しました。 この規格は、以前の PoE 標準と完全に下位互換性があり、古いタイプ 1 およびタイプ 2 のデバイスでも問題なく使用できます。出力電力は 90 W に増加します。 100 W、電流 600 mA - 960mA。この場合、電源はライン損失を制限するために 4 つのペアすべてを必要とします。 PSE と PD 間の回線損失を削減し、高いデータ レートを達成するために、ケーブルには高い要求が課せられます。概要を表 5 に示します。
表 5: PoE 規格の概要 (各ポートの関連電力、使用されるワイヤ ペア、ケーブル カテゴリなど)
II. RJ45サージ保護方式
RJ45 モジュールは、物理 (PHY) チップ間の相互接続に使用されます。図 1 に示すように、RJ45 には 2 つの組み合わせがあります。1 つは個別のもので、ネットワーク ポート トランスと RJ45 コネクタが分離されており、もう 1 つはネットワーク ポート トランスと RJ45 が一体化されています。
図 1: RJ45 の 2 つの主な形式
ディスクリート RJ45 100M ネットワーク回線を例に挙げてみましょう。図 2 は、一般的な 100M イーサネット回路を示しています。
ボブ・スミス・サーキット
ボブ・スミス回路は、ネットワーク信号の伝送品質を向上させ、干渉を低減する設計に使用されます。主な機能は次のとおりです
1) コモンモード抑制
ボブ・スミス回路は、信号線上のコモンモードノイズに対して低インピーダンスのリターンパスを提供します。
2) インピーダンスマッチング
良好なインピーダンスマッチングを実現し、エコー干渉を低減するために、二次コイルの中間タップは一般に 75Ω 抵抗を介してグランドにプルダウンされます。
3) サージ保護
サージ保護は、コモンモード保護とディファレンシャルモード保護に分かれています。 IEC61000-4-5 の雷サージ要件によれば、コモンモードには 4KV、ディファレンシャルモードには 2KV が必要です。
コモンモード保護
信号ライン上のサージ放電経路: RJ45 → トランス → センタータップ → 75Ω 抵抗 → コンデンサ → グランド。この経路の変圧器、抵抗器、コンデンサは 4KV サージ衝撃に耐えられる必要があります。
NC ラインのサージ放電経路: RJ45 → 75Ω 抵抗 → コンデンサ → グランド: 抵抗とコンデンサは 4KV サージ衝撃に耐える必要があります。
PS: RJ45 の未使用ピンについては、信号インピーダンスの整合を実現し、外部放射干渉を抑制するために、ボブ スミス回路も接続する必要があります。
ディファレンシャルモード保護
上の図に示すように、差動モードのサージ放電経路では、ネットワーク変圧器自体が 2KV サージに耐える必要があります。同時に、差動モードはトランスを介して PHY 端に結合されるため、PHY 端は 2KV の衝撃に耐える必要があります。通常、双方向 TVS デバイスまたはその他の保護手段がデータ ライン上の PHY の近くに配置されます。
RJ45保護回路
屋外のイーサネットは落雷の危険があります。雷サージによって発生する電圧と過電流は、イーサネット関連機器に損傷を与える可能性があります。したがって、一部のアプリケーションは、RJ45 インターフェイスに追加の雷保護を提供します。以下の図に示すように、セラミック製ガス放電管、ESD、TVS デバイスが追加されています。 1次コイルと2次コイルを一緒に接地することはできません。真ん中に隔離領域が必要です。 PCB では銅は禁止されています。信号グランドとシールドには磁気ビーズが必要です。
3. 中性塩水噴霧試験と RJ45 コネクタの金メッキ要件の関係の分析
1. RJ45 コネクタの塩水噴霧試験の主要要件
RJ45 コネクタの環境適応性を評価する中心的な手段として、中性塩水噴霧試験 (NSS) は、塩分と湿気の多い環境におけるコネクタの信頼性を直接決定します。国際規格 GB/T 10125 および ASTM B117 によれば、RJ45 コネクタの塩水噴霧暴露時間は、アプリケーション シナリオの厳しさに従って設定し、特定の金めっき層構造要件に関連付けられる必要があります。
家庭用電化製品/通常の商業用途: 作業環境での腐食リスクは低く、金めっき層の厚さは ≥0.5μm、ニッケル下層の厚さは ≥3μm である必要があります。この構成は 24 ～ 48 時間の塩水噴霧テストに合格する必要があり、テスト後の接触抵抗の変化が 20% 以下であること、およびめっき表面の基板腐食がないことが必要です (わずかな変色は許容されます)。
産業用制御/屋外機器: 温度と湿度の変動と化学汚染に直面しているため、金めっき層を 1.0μm 以上、ニッケル下層を 5μm 以上にする必要があります。試験期間は 48 ～ 96 時間に延長され、機能耐性は 192 時間後も安定していることが必要です。
自動車エレクトロニクス/海洋機器: 除氷塩や高濃度の塩水噴霧などの極度の腐食に耐える必要があり、複合コーティング (ニッケル + パラジウム + 金など) または 1.5μm 以上の金層を使用する必要があります。このテストには 96 ～ 240 時間の厳密な検証が必要で、一部のシナリオでは CASS (酢酸銅加速スプレー) テストを重ね合わせる必要があります。
故障を判断するための中心的な指標には、電気的性能 (接触抵抗の増加 > 20%)、機械的完全性 (メッキの剥離または膨れ)、および基板の腐食 (銅合金に見える緑色の錆) が含まれます。たとえば、工業用 RJ45 の 96 時間のテスト後に接触抵抗が突然変化した場合、ニッケル バリア層の破損により、その下の銅の腐食が広がったことを示します。
2. 金めっきパラメータと塩水噴霧耐久性の定量的関係
2.1 金層の厚さと気孔率の耐食メカニズム
金メッキ層の保護性能は直線的に増加するわけではなく、その不浸透性は厚さと気孔率のバランスに依存します。金層が 0.3μm 未満の場合、電気めっきの結晶化が不連続になって密な細孔が形成され、塩水噴霧中の Cl- イオンが底部のニッケル/銅界面に浸透して電気化学的腐食を引き起こす可能性があります。厚さが0.5μmを超えると、気孔率は大幅に減少します。 1.0μmに達すると、気孔率を5/cm2以下に制御でき、腐食のリスクが大幅に減少します。ただし、金層が厚すぎると（>2.0μm）、コストが高くなり、内部応力により脆性亀裂が発生する可能性があります。
金めっきプロセスの欠陥による一般的な影響:
不純物の汚染: 有機不純物 (添加剤の分解生成物など) は金層のブルームを引き起こし、金属不純物 (Fe²⁺、Cu²⁺) は電流効率を低下させ、コーティングが緩んで多孔質になります。
電流密度の不正確さ: 間違った振幅設定または振動電気めっきパラメータの不均衡により、局所的な結晶化の粗さ (見た目の赤み) が生じ、塩水噴霧の浸透が加速されます。
めっき液の老化：長期間の使用後、コバルト／ニッケルイオンの濃度が変動し、硬質金（Ａｕ｜Ｃｏ／Ａｕ｜Ｎｉ）合金の比率が変化し、密度が低下する。
2.2 ニッケル下層の重要な役割
ニッケル層は、金めっき構造において、機械的支持層と腐食バリア層という二重の役割を果たす。厚さが 3μm 以上の場合、銅基板と金層の間のイオン拡散を効果的にブロックできます。 5μmを超えて増加すると、たとえ金層に微量の細孔があっても、ニッケルの不動態化特性により基板の腐食を遅らせることができます。中性塩水噴霧試験により、ニッケル層のない金めっき銅合金は２４時間以内に赤錆が発生するが、５μｍのニッケル層を有するサンプルは９６時間後に端部にわずかな変色があるだけであることが示される。
表：RJ45コネクタの金メッキパラメータと塩水噴霧試験の性能の対応
3. 塩水噴霧試験条件が結果に与える主な影響
3.1 温度、湿度、沈降の管理
塩水噴霧腐食は本質的に電気化学反応です。温度が 10°C 上昇するごとに、反応速度は 2-3 倍増加します。標準の NSS テストでは、35±2°C の一定温度が必要です。偏差が 40°C までの場合、96 時間のテストの等価実腐食量は 168 時間に達する可能性があります。沈降量は1.0-2.0ml/80cm²・hと厳密に管理する必要があります。沈降が不十分だと腐食性が過小評価され、沈降が多すぎると液膜が厚くなり酸素拡散腐食が促進されます。
3.2 塩水濃度とpH値
実際の海洋大気をシミュレートするには、NaCl 濃度を 5% (質量比) に維持する必要があります。濃度が 5% を超えると、酸素溶解度の減少により鋼の腐食速度が低下します。しかし、銅合金の場合、腐食速度は増加し続けます。 pH 値は敏感なパラメータです。pH が 7.0 から 3.5 に低下すると (CO2 の溶解による酸性化などにより)、腐食速度は 7 ～ 8 倍増加します。したがって、テスト中は毎日 pH を監視し、NaOH/HCl で中性になるように調整する必要があります。
3.3 サンプル設置角度
RJ45 コネクタを水平 (0°) に配置すると、上面の塩水噴霧の付着量が垂直に配置した場合の 1.8 倍となり、過度の腐食が発生します。 GB/T 2423.17 によれば、腐食分布を実際の作業条件に近づけるために、30° 傾けて設置することが推奨されています。
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