共模雷击不过问题分析

1、雷击试验

1.试验接线

在实验室模拟雷击试验，试验接线如下：

雷击发生器输出10/700uS通讯波浪涌，电压为6KV。浪涌输出端连接到电话线端口，COM端连接到RJ45的4,5,7,8线，并连接到大地。

2、雷击模拟试验

试验3PCS产品，时间10/700uS通信波，电压为6KV，3PCS产品均损坏。具体情况如下：

1＃

施加第三次浪涌电压时，样机损坏，表面无明显异常，DSL不能同步，电源适配器失效（无输出电压）；样机3.3V-GND短路，网口75ohm电阻R400、R398阻值异常，AFE电路部分R377、R378（270ohm）电阻值变为：253ohm、1.4Kohm。

测试以太网变压器T4的耐压，低于600V，说明以太网变压器已经过电压损坏。

2＃

施加第三次浪涌电压时，样机损坏，指示灯异常；施加第八次浪涌电压时，产生剧烈爆炸现象，以太网口电阻R400、R398等电阻烧坏，以太网变压器损坏，变压器初级线圈（6-7-8）烧坏开路。

电话口部分C353引脚与GND之间产生放电现象，如下：

此处PCB的爬电距离约为4.5mm，正常情况下抗电强度可达到6KV以上；由于PCB表面残留有大量的助焊剂，使得PCB表面抗电强度明显降低，而在此处产生拉弧放电。

3＃

3.3V-GND短路；R377、R378（270ohm）电阻值变为：250ohm、4.16Kohm。

3、雷击失效分析

以上雷击试验结果表明：

1. 该产品不能承受共模6KV浪涌电压；

2. 共模雷击失效的表象主要为：AFE接收回路电阻R377、R378电阻烧坏，3.3V-GND短路，网口75ohm电阻烧坏，网络变压器损坏。R377、R378为AFE部分接收回路的电阻，而发送回路器件未损坏；3.3V-GND短路，3.3V为AFE部分VDDRX、VDDTX电源；浪涌电压经ADSL变压器后至AFE部分，经信号接收回路，进入芯片内部，将3.3V对地击穿。

3. 共模雷击的路径为：浪涌电压由电话口进入，高电压使得ADSL变压器空气击穿放电，过电压经变压器次级至AFE电路，并通过信号线路进入CPU，导致CPU过电压击穿，并由PHY模块传输至以太网变压器，使得变压器产生击穿，通过以太网口泄放至大地。

ADSL变压器和以太网变压器的绝缘耐压是产品抗共模雷击能力的关键。

4. 4．由于AFE部分信号发送回路有TVS管进行保护，因此信号发送回路的器件，5V-GND（line driver）没有损坏；而接收回路无次级保护器件，因而接收回路易受到过电压损坏。

4、变压器绝缘耐压分析

该产品上使用的线路变压器和以太网变压器，其额定耐压为AC2KV左右。取该产品上使用的线路变压器和以太网变压器进行耐压试验，设置条件为AC50Hz，漏电流3mA，测试不同电压条件下，变压器的耐压如下：

型号	供应商	2K	2.5K	3KV
MT10232ANL	诺威	PASS	PASS	PASS
H16107DF-R	FPE	PASS	PASS	PASS
LTA13P957V	力维兴	PASS	PASS	PASS

该三款变压器，进行浪涌试验，浪涌波形为10/700uS，试验结果如下：

型号	供应商	5K	5.5K	6KV
MT10232ANL	诺威	PASS	PASS	FAIL
H16107DF-R	FPE	PASS	PASS	PASS
LTA13P957V	力维兴	PASS	PASS	PASS

以太网变压器的耐压满足要求，ADSL变压器的浪涌耐压为5.5KV左右，耐压偏低。

取该批次产品4＃，卸下以太网变压器和DSL变压器，进行浪涌试验，试验电压为6KV。

型号	供应商	6KV
MT10232ANL	诺威	FAIL
H16107DF-R	FPE	PASS

可见，板上的ADSL变压器的耐压不能达到6KV，而以太网变压器耐压可以达到6KV。

5、改善措施

5.1 采用高耐压变压器试验

采用高耐压变压器MP5422H，其额定耐压可达到AC4500V。采用雷击发生器测试其抗浪涌电压能力，试验电压为6KV，变压器无异常。

此ADSL变压器用于broadcom方案，但其线圈匝数比与infineon方案的变压器匝数比相同，但电感值不同。

将MP5422H变压器用于此产品，DSL可以同步，0公里下速率正常。采用此变压器进行浪涌试验，试验电压为6KV，经验证，样机可以通过雷击测试。

因此，采用绝缘耐压更高的DSL变压器，可以改善整机的抗浪涌能力。可以将infineon方案变压器按照MP5422H变压器工艺进行改进，以提高绝缘耐压。

5.2 在接收回路增加次级防护器件

在接收回路增加快双向TVS管，上拉到5V，下拉到地，进行6KV雷击测试，样机无异常。说明，在接收回路增加保护器件，可以对后级电路进行有效的保护。

使用双向TVS管，测试其加距连接速率，速率没有影响，说明增加这两个器件对于性能没有影响。