您必须了解RJ45连接器：RJ45千兆POE传输×RJ45电涌保护解决方案×RJ45中性盐喷雾测试
1。GABIT以太网电源（POE）原理
1。千兆以太网电源（POE）接口 - 技术，信号
对以太网（POE）的电源通常适用于最大电源电压为57 VDC的系统，用户-侧功率最高为73W。打开时电压> 42 V。在正常运行期间，电压在36至57 V之间，典型值为48 V
但是，POE具有不同的功率水平，其名称或缩写也不同：
·IEEE 802.3AF（POE）提供15 W输出功率，或在终端设备上提供12.95W。
·IEEE 802.3AT（POE+）提供30 W输出功率，或在终端设备上提供25.5W。
·IEEE 802.3bt（4ppoe）提供90 W输出功率，终端设备最多可以达到71.3W。
·IEEE 802.3BU（PODL）单-对以太网
表1：以太网标准和相关类的最重要特征数据的概述
POE系统由电力采购设备（PSE）和动力设备（PD，负载）组成，最大推荐的电缆长度为100米。由于小型导体横切，电缆长度和低系统电压，电缆的功率损失很大，这可能会导致系统效率低。例如，在4类，PD可以处理25.5 W的功率，在100米处的线路阻力高达12.5Ω，最大电流为600 mA。
这会导致电缆中的功率损失高达4.5 W，而效率仅为82％！
POE在IEEE 802.3AF - 2003标准（IEEE 802.3 - 2005第33节）或2009年更新IEEE 802.3AT中指定。根据系统的不同，使用了不同的电力输送技术。
·数据对：由主和次级线圈的中心水龙头对提供动力；
·怠速对：由怠速引脚的接线组直接或通过变压器隔离为动力；
在传统的10base - T和100base - TX以太网中，四对中只有两对用于数据传输。其他两个空闲对可用于POE（电源）。数据通过一条路径传输，电源通过另一条路径传输，该路径对应于“闲置对电源”。当POE首次引入时，这是最安全的方法（请参见上面的表2），即通过一根电缆同时传输数据和功率。
表2：10base - t，100base - tx和1000base - t（千兆以太网）以太网电缆中的电线配置
对于1000base - t（千兆以太网），所有四对都用于数据传输。在这种情况下，数据和功率通过相同的对传输（请参见下面的表2），因此对应于“数据对”。在这里可以使用这种方法，因为对于扭曲的一对电缆上的以太网，每对在每对上进行差异数据传输，并由变压器解耦。信号传输本身与非POE传输没有差异。数据速率和信号振幅相同。
表3：序列和相关电压范围的功率-
2。带有POE接口结构的千兆以太网接口
符合IEEE 802.3AT标准（POE+），功率设备（PD）功率最高为25.5 W.图1显示了POE+系统的基本电路。
图1：符合IEEE 802.3AT或POE+的系统的基本电路
DC功率和负载连接可从PSE和PD侧面变压器的中心水龙头获得。每对线通过中心水龙头作为直流电源的一侧（正或负）以通用模式运行，因此需要两对电线才能完成电路。直流功率的极性并不重要，因为纠正是在动力设备（PD）侧完成的。必须使用以下两对电线之一为电动设备提供动力：备用电线对4 - 5和7 - 8，或数据线对1 - 2和3 - 6。
3. Power - on Process，POE检测
在PSE（电源设备）提供电源之前，必须对终端设备进行分类。这可以避免损坏不支持POE的终端设备，并且通过对PD（动力设备）进行分类，PSE提供的功率仅限于必要的范围，从而最大程度地减少了损坏。 PSE的电源使用分类电流和低压来确定最终设备是否支持POE电源及其属于哪个类。因此，根据终端设备的不同，电源源和终端设备之间需要信息交换（握手过程），从而使最终设备通信其PD类。为了在第一步中区分POE -启用和非POE -启用的终端设备，基于电阻-基于电阻的方法-基于电阻的发现是否支持POE电源是否支持POE Power源。 POE -启用的终端设备配备了用于此目的的输入电路。 PSE电流源使用测量电路检查PD电路的内部电阻。如果电阻在19kΩ和26.5kΩ之间，并且线电容≤150nF，则激活电源。在第二个检测阶段，确定了性能类（表1）。在此阶段，PD逐渐增加电压，直到它发出信号，在其属于802.3AF标准中定义的四个性能类别中的哪个。然后，该系统提供正确的电源。该检测过程总共需要大约一秒钟。为了防止对终端设备的损坏，一旦从LAN删除PD后，PSE会自动关闭关联端口的电源。图2以图形方式显示了功率-向上过程，表3显示了功率-向上步骤，相关的过程和电压范围。
图2：PSE和PD之间的操作序列
表4显示了类（根据表3分类）的分解（根据表3分类）以及检测或分配类所需的PSE和PD之间的环路范围。
分类系统忽略了灰色线（即中间值）。
表4：分类（基于表3）和PSE和PD之间的环电流的相应范围；中间值被忽略；分类电流=通过PD定义的负载电阻
802.3bt（POE ++）在2018年9月引入了两种新的POE类型（类型3和类型4），另外四个类别。该标准与以前的POE标准完全兼容，并且可以与较旧的类型1和2型设备成功使用。输出功率增加到90 W - 100 W，电流为600 mA - 960 MA。在这种情况下，电源需要所有四对限制线路损失。为了减少PSE和PD之间的线路损失并达到高数据速率，电缆上的需求很高。表5中显示了概述。
表5：POE标准的概述，包括每个端口的相关功能，所使用的电线对和电缆类别
ii。 RJ45电涌保护计划
RJ45模块用于物理（PHY）芯片之间的互连。如图1所示，RJ45具有两种组合，一个是离散的，网络端口变压器和RJ45连接器是分开的，另一个是网络端口变压器和RJ45集成在一起。
图1：RJ45的两种主要形式
让我们以离散的RJ45 100m网络电路为例。图2显示了典型的100m以太网电路。
鲍勃·史密斯巡回赛
鲍勃·史密斯（Bob Smith）电路用于提高网络信号的传输质量并减少干扰设计。它的主要功能如下
1）公共模式抑制
鲍勃·史密斯（Bob Smith）电路为信号线上的公共模式噪声提供了低-阻抗返回路径
2）阻抗匹配
为了实现良好的阻抗匹配并减少回声干扰，通常将次级线圈的中水龙头通过75Ω电阻拉到地面。
3）电涌保护
电涌保护分为公共模式保护和差分模式保护。根据IEC61000 - 4 - 5的闪电要求，公共模式需要4KV，差分模式需要2kV。
通用模式保护
信号线上的涌现出排出路径：RJ45→变压器→中心龙头→75Ω电阻→电容器→接地；在此路径中的变压器，电阻和电容器需要能够承受4KV激增的影响；
NC线上的潮流排放路径：RJ45→75Ω电阻→电容器→接地：电阻器和电容器必须承受4KV涌动冲击的影响
PS：对于RJ45的未使用引脚，还必须连接Bob Smith电路以实现信号阻抗匹配并抑制外部辐射干扰。
差异模式保护
如上图所示，差分模式的涌现路径需要网络变压器本身以承受2kV的冲浪。同时，差分模式将通过变压器耦合到PHY端，因此需要PHY端以承受2KV撞击。通常，双向电视设备或其他保护措施在数据线上的PHY附近放置。
RJ45保护电路
户外以太网容易雷击。闪电潮产生的电压和过电流会损坏以太网-相关的设备。因此，某些应用程序将为RJ45接口提供额外的闪电保护。如下图所示，添加了陶瓷气体排放管，ESD和TVS设备。主要线圈和次级线圈不能扎根。中间需要一个隔离区域。 PCB禁止铜。信号接地和遮光需要磁珠。
3。分析RJ45连接器中性盐喷雾测试与金镀金要求之间的关系
1。盐喷雾测试RJ45连接器的核心要求
作为评估RJ45连接器环境适应性的核心手段，中性盐喷雾测试（NSS）直接决定了连接器在咸和潮湿的环境中的可靠性。根据国际标准GB/T 10125和ASTM B117，需要根据申请情况的严重程度设置RJ45连接器的盐喷雾时间，并与特定的金镀层层结构要求相关联：
消费电子/普通商业应用：工作环境中的腐蚀风险较低，镀金层的厚度必须≥0.5μm，镍底层的厚度必须≥3μm。该配置必须通过24 - 48小时的盐喷雾测试，要求在测试后的接触性更改为≤20％，并且在电镀表面上没有底物腐蚀（允许轻微变色）。
工业控制/室外设备：面向温度和湿度波动和化学污染，金镀层层必须增加到≥1.0μm，镍底层必须≥5μm。测试持续时间延长至48 - 96小时，并且需要在192小时后保持稳定性。
汽车电子/海洋设备：它需要承受极端的腐蚀，例如除盐和高盐喷雾，并使用复合涂料（例如镍 +钯 +金）或金层≥1.5μm。该测试需要96 - 240小时的严格验证，并且某些情况需要叠加CASS（铜加速乙酸盐喷雾）测试。
确定故障的核心指标包括：电性能（接触电阻增加> 20％），机械完整性（电镀剥离或起泡）和底物腐蚀（在铜合金上可见绿锈）。例如，如果工业-级RJ45在测试96小时后的接触电阻突然变化，则表明镍屏障层的故障导致基础铜的腐蚀扩散。
2。金镀金参数与盐喷雾耐用性之间的定量关系
2.1金层厚度和孔隙率的抗腐蚀机理
黄金镀金层的保护性能不会线性增加，其不渗透性取决于厚度和孔隙率之间的平衡。当金层小于0.3μm时，电镀结晶是不连续的，形成致密的孔，并且盐喷雾剂中的Cl⁻离子可以渗透到底部的镍/铜界面，从而导致电化学腐蚀。当厚度增加到超过0.5μm时，孔隙率显着降低。当达到1.0μm时，孔隙率可以在≤5/cm²处控制，并且腐蚀风险大大降低。但是，黄金层太厚（>2.0μm）会增加成本，并可能由于内部压力而导致脆弱的开裂。
黄金镀金过程缺陷的典型影响：
杂质污染：有机杂质（例如添加剂分解产物）会导致金层开花，而金属杂质（Fe²⁺，cu²⁺）降低了当前效率，从而导致松散且多孔的涂层。
电流密度不准确：振动电镀参数的振幅设置不正确或不平衡，导致局部结晶粗糙度（视觉发红），加速了盐喷雾剂。
镀层溶液的老化：长期使用后，钴/镍离子的浓度会波动，改变了硬黄金（Au - Co/au - ni）合金和还原密度的比率。
2.2镍底层的关键作用
镍层在黄金-板结构中起双重作用：机械支撑层和腐蚀屏障层。当厚度≥3μm时，它可以有效地阻断铜底物和金层之间的离子扩散。当它增加到超过5μm时，即使金层中有痕量孔，镍的钝化特性仍然可以延迟底物的腐蚀。中性盐喷雾测试表明，没有镍层的金-镀铜合金在24小时内具有红色生锈，而镍镍层的样品在96小时后的边缘只有轻微的变色。
表：RJ45连接器金电镀参数与盐喷雾测试性能之间的对应关系
3。盐喷雾测试条件对结果的关键影响
3.1温度，湿度和沉降控制
盐喷雾腐蚀本质上是一种电化学反应。每10°C的温度每10°C增加2 - 3倍。标准NSS测试需要恒定温度为35±2°C。如果偏差为40°C，则96 -小时测试的同等实际腐蚀量可以达到168小时。沉积量需要严格控制为1.0 - 2.0ml/80cm²·H。沉积不足会低估腐蚀性，而过度沉积会导致液膜变稠并加速氧扩散腐蚀。
3.2盐水浓度和pH值
NaCl浓度需要保持5％（质量比），以模拟真实的海洋大气。当浓度大于5％时，氧溶解度的降低将降低钢的腐蚀速率。但是对于铜合金，腐蚀速率继续增加。 pH值是一个灵敏的参数：当pH从7.0下降到3.5（例如由于co溶解引起的酸化）时，腐蚀速率会增加7 - 8倍。因此，在测试期间需要每天监测pH，并用NaOH/HCl调整为中性。
3.3样品位置角度
如果将RJ45连接器水平放置（0°），则在垂直放置时，上表面上的盐喷雾量为1.8倍，从而导致过度腐蚀。根据GB/T 2423.17的数据，建议将其放在30°倾斜的情况下，以使腐蚀分布更接近实际工作条件。
1。千兆以太网电源（POE）接口 - 技术，信号
对以太网（POE）的电源通常适用于最大电源电压为57 VDC的系统，用户-侧功率最高为73W。打开时电压> 42 V。在正常运行期间，电压在36至57 V之间，典型值为48 V
但是，POE具有不同的功率水平，其名称或缩写也不同：
·IEEE 802.3AF（POE）提供15 W输出功率，或在终端设备上提供12.95W。
·IEEE 802.3AT（POE+）提供30 W输出功率，或在终端设备上提供25.5W。
·IEEE 802.3bt（4ppoe）提供90 W输出功率，终端设备最多可以达到71.3W。
·IEEE 802.3BU（PODL）单-对以太网
POE系统由电力采购设备（PSE）和动力设备（PD，负载）组成，最大推荐的电缆长度为100米。由于小型导体横切，电缆长度和低系统电压，电缆的功率损失很大，这可能会导致系统效率低。例如，在4类，PD可以处理25.5 W的功率，在100米处的线路阻力高达12.5Ω，最大电流为600 mA。
这会导致电缆中的功率损失高达4.5 W，而效率仅为82％！
POE在IEEE 802.3AF - 2003标准（IEEE 802.3 - 2005第33节）或2009年更新IEEE 802.3AT中指定。根据系统的不同，使用了不同的电力输送技术。
·数据对：由主和次级线圈的中心水龙头对提供动力；
·怠速对：由怠速引脚的接线组直接或通过变压器隔离为动力；
在传统的10base - T和100base - TX以太网中，四对中只有两对用于数据传输。其他两个空闲对可用于POE（电源）。数据通过一条路径传输，电源通过另一条路径传输，该路径对应于“闲置对电源”。当POE首次引入时，这是最安全的方法（请参见上面的表2），即通过一根电缆同时传输数据和功率。
表2：10base - t，100base - tx和1000base - t（千兆以太网）以太网电缆中的电线配置
对于1000base - t（千兆以太网），所有四对都用于数据传输。在这种情况下，数据和功率通过相同的对传输（请参见下面的表2），因此对应于“数据对”。在这里可以使用这种方法，因为对于扭曲的一对电缆上的以太网，每对在每对上进行差异数据传输，并由变压器解耦。信号传输本身与非POE传输没有差异。数据速率和信号振幅相同。
表3：序列和相关电压范围的功率-
2。带有POE接口结构的千兆以太网接口
符合IEEE 802.3AT标准（POE+），功率设备（PD）功率最高为25.5 W.图1显示了POE+系统的基本电路。
图1：符合IEEE 802.3AT或POE+的系统的基本电路
DC功率和负载连接可从PSE和PD侧面变压器的中心水龙头获得。每对线通过中心水龙头作为直流电源的一侧（正或负）以通用模式运行，因此需要两对电线才能完成电路。直流功率的极性并不重要，因为纠正是在动力设备（PD）侧完成的。必须使用以下两对电线之一为电动设备提供动力：备用电线对4 - 5和7 - 8，或数据线对1 - 2和3 - 6。
3. Power - on Process，POE检测
在PSE（电源设备）提供电源之前，必须对终端设备进行分类。这可以避免损坏不支持POE的终端设备，并且通过对PD（动力设备）进行分类，PSE提供的功率仅限于必要的范围，从而最大程度地减少了损坏。 PSE的电源使用分类电流和低压来确定最终设备是否支持POE电源及其属于哪个类。因此，根据终端设备的不同，电源源和终端设备之间需要信息交换（握手过程），从而使最终设备通信其PD类。为了在第一步中区分POE -启用和非POE -启用的终端设备，基于电阻-基于电阻的方法-基于电阻的发现是否支持POE电源是否支持POE Power源。 POE -启用的终端设备配备了用于此目的的输入电路。 PSE电流源使用测量电路检查PD电路的内部电阻。如果电阻在19kΩ和26.5kΩ之间，并且线电容≤150nF，则激活电源。在第二个检测阶段，确定了性能类（表1）。在此阶段，PD逐渐增加电压，直到它发出信号，在其属于802.3AF标准中定义的四个性能类别中的哪个。然后，该系统提供正确的电源。该检测过程总共需要大约一秒钟。为了防止对终端设备的损坏，一旦从LAN删除PD后，PSE会自动关闭关联端口的电源。图2以图形方式显示了功率-向上过程，表3显示了功率-向上步骤，相关的过程和电压范围。
图2：PSE和PD之间的操作序列
表4显示了类（根据表3分类）的分解（根据表3分类）以及检测或分配类所需的PSE和PD之间的环路范围。
分类系统忽略了灰色线（即中间值）。
表4：分类（基于表3）和PSE和PD之间的环电流的相应范围；中间值被忽略；分类电流=通过PD定义的负载电阻
802.3bt（POE ++）在2018年9月引入了两种新的POE类型（类型3和类型4），另外四个类别。该标准与以前的POE标准完全兼容，并且可以与较旧的类型1和2型设备成功使用。输出功率增加到90 W - 100 W，电流为600 mA - 960 MA。在这种情况下，电源需要所有四对限制线路损失。为了减少PSE和PD之间的线路损失并达到高数据速率，电缆上的需求很高。表5中显示了概述。
表5：POE标准的概述，包括每个端口的相关功能，所使用的电线对和电缆类别
ii。 RJ45电涌保护计划
RJ45模块用于物理（PHY）芯片之间的互连。如图1所示，RJ45具有两种组合，一个是离散的，网络端口变压器和RJ45连接器是分开的，另一个是网络端口变压器和RJ45集成在一起。
图1：RJ45的两种主要形式
让我们以离散的RJ45 100m网络电路为例。图2显示了典型的100m以太网电路。
鲍勃·史密斯巡回赛
鲍勃·史密斯（Bob Smith）电路用于提高网络信号的传输质量并减少干扰设计。它的主要功能如下
1）公共模式抑制
鲍勃·史密斯（Bob Smith）电路为信号线上的公共模式噪声提供了低-阻抗返回路径
2）阻抗匹配
为了实现良好的阻抗匹配并减少回声干扰，通常将次级线圈的中水龙头通过75Ω电阻拉到地面。
3）电涌保护
电涌保护分为公共模式保护和差分模式保护。根据IEC61000 - 4 - 5的闪电要求，公共模式需要4KV，差分模式需要2kV。
通用模式保护
信号线上的涌现出排出路径：RJ45→变压器→中心龙头→75Ω电阻→电容器→接地；在此路径中的变压器，电阻和电容器需要能够承受4KV激增的影响；
NC线上的潮流排放路径：RJ45→75Ω电阻→电容器→接地：电阻器和电容器必须承受4KV涌动冲击的影响
PS：对于RJ45的未使用引脚，还必须连接Bob Smith电路以实现信号阻抗匹配并抑制外部辐射干扰。
差异模式保护
如上图所示，差分模式的涌现路径需要网络变压器本身以承受2kV的冲浪。同时，差分模式将通过变压器耦合到PHY端，因此需要PHY端以承受2KV撞击。通常，双向电视设备或其他保护措施在数据线上的PHY附近放置。
RJ45保护电路
户外以太网容易雷击。闪电潮产生的电压和过电流会损坏以太网-相关的设备。因此，某些应用程序将为RJ45接口提供额外的闪电保护。如下图所示，添加了陶瓷气体排放管，ESD和TVS设备。主要线圈和次级线圈不能扎根。中间需要一个隔离区域。 PCB禁止铜。信号接地和遮光需要磁珠。
3。分析RJ45连接器中性盐喷雾测试与金镀金要求之间的关系
1。盐喷雾测试RJ45连接器的核心要求
作为评估RJ45连接器环境适应性的核心手段，中性盐喷雾测试（NSS）直接决定了连接器在咸和潮湿的环境中的可靠性。根据国际标准GB/T 10125和ASTM B117，需要根据申请情况的严重程度设置RJ45连接器的盐喷雾时间，并与特定的金镀层层结构要求相关联：
消费电子/普通商业应用：工作环境中的腐蚀风险较低，镀金层的厚度必须≥0.5μm，镍底层的厚度必须≥3μm。该配置必须通过24 - 48小时的盐喷雾测试，要求在测试后的接触性更改为≤20％，并且在电镀表面上没有底物腐蚀（允许轻微变色）。
工业控制/室外设备：面向温度和湿度波动和化学污染，金镀层层必须增加到≥1.0μm，镍底层必须≥5μm。测试持续时间延长至48 - 96小时，并且需要在192小时后保持稳定性。
汽车电子/海洋设备：它需要承受极端的腐蚀，例如除盐和高盐喷雾，并使用复合涂料（例如镍 +钯 +金）或金层≥1.5μm。该测试需要96 - 240小时的严格验证，并且某些情况需要叠加CASS（铜加速乙酸盐喷雾）测试。
确定故障的核心指标包括：电性能（接触电阻增加> 20％），机械完整性（电镀剥离或起泡）和底物腐蚀（在铜合金上可见绿锈）。例如，如果工业-级RJ45在测试96小时后的接触电阻突然变化，则表明镍屏障层的故障导致基础铜的腐蚀扩散。
2。金镀金参数与盐喷雾耐用性之间的定量关系
2.1金层厚度和孔隙率的抗腐蚀机理
黄金镀金层的保护性能不会线性增加，其不渗透性取决于厚度和孔隙率之间的平衡。当金层小于0.3μm时，电镀结晶是不连续的，形成致密的孔，并且盐喷雾剂中的Cl⁻离子可以渗透到底部的镍/铜界面，从而导致电化学腐蚀。当厚度增加到超过0.5μm时，孔隙率显着降低。当达到1.0μm时，孔隙率可以在≤5/cm²处控制，并且腐蚀风险大大降低。但是，黄金层太厚（>2.0μm）会增加成本，并可能由于内部压力而导致脆弱的开裂。
黄金镀金过程缺陷的典型影响：
杂质污染：有机杂质（例如添加剂分解产物）会导致金层开花，而金属杂质（Fe²⁺，cu²⁺）降低了当前效率，从而导致松散且多孔的涂层。
电流密度不准确：振动电镀参数的振幅设置不正确或不平衡，导致局部结晶粗糙度（视觉发红），加速了盐喷雾剂。
镀层溶液的老化：长期使用后，钴/镍离子的浓度会波动，改变了硬黄金（Au - Co/au - ni）合金和还原密度的比率。
2.2镍底层的关键作用
镍层在黄金-板结构中起双重作用：机械支撑层和腐蚀屏障层。当厚度≥3μm时，它可以有效地阻断铜底物和金层之间的离子扩散。当它增加到超过5μm时，即使金层中有痕量孔，镍的钝化特性仍然可以延迟底物的腐蚀。中性盐喷雾测试表明，没有镍层的金-镀铜合金在24小时内具有红色生锈，而镍镍层的样品在96小时后的边缘只有轻微的变色。
表：RJ45连接器金电镀参数与盐喷雾测试性能之间的对应关系
3。盐喷雾测试条件对结果的关键影响
3.1温度，湿度和沉降控制
盐喷雾腐蚀本质上是一种电化学反应。每10°C的温度每10°C增加2 - 3倍。标准NSS测试需要恒定温度为35±2°C。如果偏差为40°C，则96 -小时测试的同等实际腐蚀量可以达到168小时。沉积量需要严格控制为1.0 - 2.0ml/80cm²·H。沉积不足会低估腐蚀性，而过度沉积会导致液膜变稠并加速氧扩散腐蚀。
3.2盐水浓度和pH值
NaCl浓度需要保持5％（质量比），以模拟真实的海洋大气。当浓度大于5％时，氧溶解度的降低将降低钢的腐蚀速率。但是对于铜合金，腐蚀速率继续增加。 pH值是一个灵敏的参数：当pH从7.0下降到3.5（例如由于co溶解引起的酸化）时，腐蚀速率会增加7 - 8倍。因此，在测试期间需要每天监测pH，并用NaOH/HCl调整为中性。
3.3样品位置角度
如果将RJ45连接器水平放置（0°），则在垂直放置时，上表面上的盐喷雾量为1.8倍，从而导致过度腐蚀。根据GB/T 2423.17的数据，建议将其放在30°倾斜的情况下，以使腐蚀分布更接近实际工作条件。
分享
相关链接
Newsletter subscription
Subscribe to our newsletter and stay updated on the latest information of our company and product.
Name
|
Subscribe
I agree that the information that I provide will be used in accordance with the terms of Voohu International Inc. Privacy & Cookies Policy
