現(xiàn)在，工程師被要求將一切連接到網(wǎng)絡(luò)上。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議則可以選擇以太網(wǎng)或其它協(xié)議。看起來這些設(shè)計任務(wù)很簡單，但一旦真正實施就會發(fā)現(xiàn)會遭遇嚴(yán)重的挫折。

以太網(wǎng)的設(shè)計者們是無法想象我們怎樣使用他們的“寶貝”。他們最初的意圖是將各種計算機連接到一起。數(shù)據(jù)速率為10Mb/秒，在那個年代，這個速度對他們使用的處理器來說已經(jīng)足夠快了。那時，電腦位于單獨的房間或數(shù)據(jù)中心，電纜不會超過10米。所有數(shù)據(jù)空間環(huán)境受到嚴(yán)格保護，一旦電腦連接后它們基本可以長期保持物理連接狀態(tài)，所以ESD問題可以忽略不計。

今天，我們經(jīng)常使用千兆以太網(wǎng)，100Base-T的纜線動輒數(shù)百米。在我們工作和生活的建筑物中有數(shù)英里的電纜埋在墻壁里和天花板內(nèi)。我們使用以太網(wǎng)供電（PoE）給位于屋頂上的、通信信息亭、燈桿甚至無線電塔上的設(shè)備供電和通信。當(dāng)老板告訴你要替換與以太網(wǎng)IEEE-488的連接時，他/她可能并不了解的IEEE-488鏈路內(nèi)部的強健性，也不了解在工業(yè)環(huán)境中保持新以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)運行時你需要完成的工作。其實你需要一個網(wǎng)絡(luò)電路保護方案，它能提供多年無故障服務(wù)，并希望它不僅僅是一個方案！

平心而論，絕大多數(shù)的以太網(wǎng)運行不需要特殊的保護。在大多數(shù)RJ-45以太網(wǎng)插孔前面，最開始提供保護的電子部件是隔離變壓器。對大多數(shù)家庭和辦公環(huán)境來說，由于多數(shù)以太網(wǎng)PHY收發(fā)器集成電路中有ESD保護，它提供了足夠的保護。問題是少量的以太網(wǎng)端口裸露，使其受到嚴(yán)重的威脅。建筑物內(nèi)部的長電纜變成了長天線，會將附近雷擊的耦合能量導(dǎo)入到網(wǎng)絡(luò)中。這些“天線”如果是在戶外亭、屋頂或頂柱的安全攝像機上，它甚至更擅收集閃電的能量。

當(dāng)可靠性問題出現(xiàn)后，電路保護的公司開發(fā)了“dongle”，它可提供額外的ESD過壓保護。將“dongle ”插入有問題的RJ-45中，它提供一個它自己的“被保護”的RJ-45。這些設(shè)備被加到有問題的路由器或其他設(shè)備上，能有效解決ESD問題。

隨著數(shù)據(jù)速率的上升和POE的到來，定制的解決方案是必需的，“一刀切”的“dongle ”方法往往是不夠的。POE將帶來更多的問題，例如， “dongle ”在僅為2V以太網(wǎng)信號設(shè)計時，直流電壓下會啟動過壓保護。 千兆數(shù)據(jù)率的數(shù)據(jù)誤差承受能力依賴于10Base-T或100Base-T網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的電容性負(fù)載保護方案。

與10Base-T不同，千兆以太網(wǎng)使用一個復(fù)雜的編碼方案（見圖1），它需要在一個線性通道上長距離成功傳播。依靠外部電壓，硅二極管和晶閘管上表現(xiàn)出非線性電容特性。

千兆以太網(wǎng)的時鐘速率比10-BaseT快十倍，這使信號對電纜的電容和其他保護裝置更加敏感。

建立一個強健的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通常需要一個“分層”的方法（參見圖2），它由首層，第二層，有時還包含第三層。每一層執(zhí)行某一特定任務(wù)：

第一層：借用電信的成熟的技術(shù)，氣體放電管（GDT），例如愛普科斯871-t83-a90x，或硅技術(shù)設(shè)備，例如Littelfuse 的sdp3500q38cb SIDACtor保護晶閘管（需要一個偏置電壓使它們的電容線性化–采用POE供電電壓可容易的獲得）可以以最小的電容負(fù)載處理浪涌。第一層會讓電壓保持高的狀態(tài)通過，但它限制了浪涌的持續(xù)時間，讓大部分能量被分流到地。對POE應(yīng)用，保護設(shè)備的擊穿電壓必須高于POE的供電電壓。同時，設(shè)計工程師必須確保在保護生效后，連接電源的主保護系統(tǒng)有“解鎖”或“復(fù)位”的功能。

通常，這需要一個回路限流的POE供電和保持高電流的保護裝置。

第二層：隔離變壓器不僅僅對PHY收發(fā)器IC提供直流隔離，而且由于它極小磁芯的易飽和性，限制了收發(fā)電路的耦合能量。然而，繞組之間的隔離必須能承受通過第一層、且無衰減的電壓。記住一個GDT可能有90V的直流擊穿電壓，但在快速DV / DT的雷電沖擊條件下可能高達(dá)500V。通過隔離屏障，繞組間電容能也可以耦合能量，但對于磁耦合的能量，它通常是相當(dāng)小。

第三層：第一層和第二層保護已經(jīng)削弱了PoE的能量、限制了最大電壓和電流，當(dāng)前情況可以通過一系列技術(shù)進行處理，其中許多可以借鑒ESD保護裝置的技術(shù)。一些例子：

?差分過壓保護，如ST提供的slvu2.8，就是一個簡單簡潔的解決方案，但是它對通過變壓器耦合繞組間電容的耦合能量沒有提供保護。這往往是一個可接受的解決方案。

?對繞組間電容通過的能量，安森美半導(dǎo)體的nup4114系列提供縱向接地保護。

?Bourns提供了TCS（瞬態(tài)電流抑制器）DL系列設(shè)備的保護方法，依靠限制PHY收發(fā)器的輸入和輸出的最大電流到安全水平，而不是通過負(fù)載保護、分流電流進行過壓保護。這些只能處理40V的情況，對裸露的以太網(wǎng)完善的分層保護是必須的。

Bourns的文獻中還有portnote解決方案。這些都是簡單的“初級”解決方案，提供一些好的以太網(wǎng)和其他通信端口保護的例子。

當(dāng)今要求苛刻的以太網(wǎng)應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出最早以太網(wǎng)的預(yù)期 – 距離、數(shù)據(jù)速率和裸露的浪涌威脅。如果仔細(xì)考慮工程保護方案，強健的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)是可以部署到非常具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境下的。