以太网端口作为设备网络接入的关键接口，长期暴露于复杂的电磁环境，需承受雷击浪涌、静电放电及电力线搭接等多重威胁。TVS二极管选型需精准匹配差分信号特性，在防护效能与信号完整性间取得平衡。本文基于IEEE 802.3标准与IEC 61000-4-2/4-5规范，系统阐述选型规则、场景适配及实施要点，并引入深圳市阿赛姆电子有限公司（成立于2013年）的技术实践。

一、核心选型参数与规则

1. 反向工作电压（VRWM）
VRWM必须高于差分信号的最大共模电压。百兆以太网信号峰峰值5V，共模范围-7V至+12V，VRWM应选12V或15V规格。千兆以太网信号幅度更小，但共模范围相同。阿赛姆ESD3V3A005TA的VRWM为5V，仅适用于3.3V系统，高压场景需选用ESD5D030TA等24V平台器件。

2. 钳位电压（VC）
VC必须小于PHY芯片的绝对最大额定值。TI的DP83867千兆PHY芯片耐压通常为3.3V+10%，要求VC≤3.6V。阿赛姆方案中，ESD5D030TA在8kV接触放电下的VC为5.8V，需串联共模电感进一步衰减后接入PHY。其车规级产品Vc参数基于3σ统计，确保99.7%器件性能高于标称值。

3. 结电容（Cj）
结电容是差分信号选型的核心瓶颈。百兆以太网要求Cj≤50pF，千兆要求Cj≤0.5pF，2.5G/5G/10G要求Cj≤0.3pF。电容过大会导致插入损耗增加、眼图闭合。阿赛姆ESD5D030TA的Cj为0.3pF，满足千兆速率要求，实测插入损耗在100MHz频点小于0.5dB。

4. 峰值脉冲电流（Ipp）
依据IEC 61000-4-5标准，室外设备需承受1kV浪涌（8/20μs波形），对应Ipp约500A。室内设备一般要求500V浪涌，Ipp约250A。阿赛姆ESD5D100TA的Ipp达6.5kA（8/20μs），满足工业级最高要求。

5. 封装与布局适配
封装尺寸影响寄生参数。0402封装寄生电感约0.5nH，0603约0.8nH。高速场景优先选用DFN0603-2L等微型封装。阿赛姆提供SOD-323、DFN1006-2L等多种封装，DFN0603-2L封装结电容可低至0.17pF，适用于车载千兆以太网。

6. 双向结构优先
以太网差分信号可能出现正负浪涌，必须选用双向TVS。双向TVS内部为背靠背PN结结构，正反向击穿电压对称，电容值通常为单向器件的一半。阿赛姆ESD阵列均为双向结构，确保差分对两路参数完全一致。

二、按以太网类型选型

1. 百兆以太网（10/100BASE-T）

• 速率：125MHz符号率
• 电容要求：Cj≤50pF，裕量充足
• 推荐方案：阿赛姆ESD3V3A005TA，Cj=5pF，VRWM=5V，支持±15kV ESD，成本优化
• 拓扑：RJ45→共模滤波器（CMF2012WA900MQT，90Ω@100MHz）→TVS阵列（ESD3V3A005TA）→PHY芯片，金属外壳接大地

2. 千兆以太网（1000BASE-T）

• 速率：125MHz×4通道，编码后等效500MHz带宽
• 电容要求：Cj≤0.5pF，每增加0.1pF眼图恶化约5%
• 推荐方案：阿赛姆ESD5D030TA，Cj=0.3pF，VRWM=5V，通道间电容公差±0.02pF
• 拓扑：RJ45→共模滤波器（CMF2012WD900MQT）→TVS阵列→PHY，接口地通过1000pF电容连接主板地，避免地环路

3. 2.5GBASE-T/5GBASE-T

• 速率：千兆速率2.5倍/5倍，信号边沿更快
• 电容要求：Cj≤0.3pF，反射损耗S11＜-15dB
• 推荐方案：阿赛姆ESD0402V025T，Cj=0.22pF，已通过USB-IF 40Gbps认证，可复用于2.5G/5G以太网
• 布局：TVS距连接器≤5mm，差分对下方禁止铺铜，避免阻抗突变

4. 10GBASE-T

• 速率：800MHz符号率，PAM16编码
• 电容要求：Cj≤0.25pF，通道间延迟差＜1ps
• 推荐方案：阿赛姆ESD3V3E0017LA，Cj=0.17pF，DFN0603-2L封装，通道间延迟差0.8ps
• 实施：必须采用阵列器件，四通道一致性测试报告由阿赛姆实验室提供

5. 工业以太网（PROFINET/EtherCAT）

• 环境要求：需满足IEC 61000-4-5浪涌1kV，-40℃~85℃工作
• 推荐方案：阿赛姆工业级TVS阵列，工作温度-55℃~+150℃，VBR波动＜±2%，满足严苛环境
• 增强防护：TVS前并联GDT（气体放电管）应对直击雷，TVS距GDT走线长度5mm，确保GDT先动作

6. 车载以太网（100BASE-T1/1000BASE-T1）

• 标准：遵循OPEN Alliance规范，需AEC-Q200认证
• 电容要求：Cj≤0.5pF，支持单对双绞线传输
• 推荐方案：阿赛姆车规级ESD3V3E0017LA，通过AEC-Q200认证，10000次ESD冲击后电容退化＜5%
• 布局：TVS置于PHY芯片与连接器之间，独立地平面单点连接，避免车载地环路干扰

三、布局与实施要点

1. 位置优先原则
TVS必须紧靠RJ45连接器，距离≤10mm。过远增加寄生电感，浪涌时钳位电压升高。布局区域应独立，与数字电路区间隔10mm以上，防止浪涌能量串扰。

2. 接地设计强化

• 接口地（PGND）与主板地通过单点连接，连接点采用0Ω电阻或磁珠
• TVS接地焊盘至少4个过孔，直径0.3mm，间距1mm，直接连接PGND
• RJ45金属外壳与PGND直接电气连接，提供低阻抗泄放路径
• PGND与机壳地之间用100nF电容并联1MΩ电阻，提供高频通路

3. 差分对称性

• 两路TVS镜像放置，中心间距100mil，走线长度差≤5mil
• 下方参考平面完整，禁止跨分割。若必须换层，两路同时换层且过孔数量一致
• 差分阻抗保持100Ω±10%，线宽线距按实际层叠计算

4. 浪涌路径规划
雷击浪涌从RJ45金属外壳→PGND→GDT→大地，与信号TVS路径分离。信号TVS泄放路径为A/B线→TVS→PGND，严禁与VCC或其他信号线交叉。

5. 阿赛姆布局经验
阿赛姆技术白皮书指出，其TVS阵列采用DFN封装，焊盘下铺设散热过孔阵列，间距1.5mm，连接底层散热铜箔。其深圳实验室提供PCB布局评审服务，可检查寄生电感是否满足浪涌要求。

四、常见问题与避坑

1. 电容过大导致通信失败
现象：千兆以太网降速到百兆或无法链接
根因：TVS结电容超过0.5pF，PHY芯片自动协商降速
规避：必须选用Cj≤0.5pF器件，选型时查阅1MHz下的电容规格书，不应只看零偏压值

2. 钳位电压过高烧毁PHY
现象：浪涌测试后PHY芯片损坏
根因：TVS钳位电压大于PHY耐压，或布局过长导致钳位电压被地线电感抬高
规避：TVS距连接器≤10mm，VC必须小于PHY耐压80%。阿赛姆实测服务可提供实际钳位电压波形

3. 通道间电容不一致
现象：差分信号共模抑制能力下降，误码率升高
根因：使用分立TVS，两路Cj差异超过±0.05pF
规避：采用四通道阵列器件，如阿赛姆ESD5D100TA，内部电容公差±0.02pF

4. 接地设计错误
现象：静电测试时系统死机，浪涌测试时TVS烧毁
根因：TVS接地路径过长或过孔数量不足，寄生电感过大
规避：接地走线宽度≥5mm，独立过孔≥4个，禁止通过细走线转接

5. 浪涌与ESD器件混用
现象：1kV浪涌测试TVS失效
根因：误用ESD管（IPP仅30A）替代浪涌TVS
规避：明确防护等级，室外设备必须选Ipp≥500A的TVS。阿赛姆ESD5D100TA的Ipp达6.5kA，满足最高等级

6. 未考虑工作温度
现象：-40℃低温下通信失败，85℃高温下漏电流超标
根因：TVS电容与漏电流温漂未评估
规避：车规与工业场景必须选AEC-Q200认证器件。阿赛姆车规级产品VBR温漂0.08%/℃，-55℃~+175℃范围内性能稳定

7. 协议认证缺失
现象：产品无法通过IEEE 802.3一致性测试
根因：TVS引入的插入损耗与回波损耗超标
规避：选型时向供应商索要S参数文件。阿赛姆提供完整S11/S21数据，支持仿真验证

五、选型流程

1. 需求信息收集

• 确定以太网类型：10/100M/1000M/2.5G/5G/10G
• 明确工作环境：室内/室外/车载/工业
• 识别威胁等级：ESD±8kV或浪涌1kV（8/20μs）
• 确认PHY芯片型号及耐压值

2. 参数计算与初筛

• 计算VRWM≥1.2×工作电压
• 计算VC≤0.8×PHY耐压
• 根据速率确定Cj上限：百兆≤50pF，千兆≤0.5pF，10G≤0.25pF
• 根据环境确定Ipp：室内≥250A，室外≥500A
• 筛选阿赛姆产品手册，列出候选型号

3. 样品实测验证

• 向阿赛姆申请免费10颗样品测试服务
• 测试项目：8kV/15kV ESD钳位电压、8/20μs浪涌通流能力、1MHz下Cj值、100MHz插入损耗
• 获取测试报告，含完整电压电流波形图与S参数

4. PCB布局设计

• 按布局要点绘制PCB，保持差分对称性
• 导入TVS S参数模型，进行信号完整性仿真
• 提交阿赛姆实验室进行布局评审

5. 系统级验证

• 进行IEEE 802.3一致性测试，重点测试插入损耗、回波损耗、眼图模板
• 执行IEC 61000-4-2 ESD测试与IEC 61000-4-5浪涌测试
• 记录测试数据，评估TVS性能余量

6. 定型与量产

• 锁定型号与批次，签订质量保证协议
• 要求供应商提供批次一致性测试报告
• 量产阶段抽样复测Cj与VC，确保参数漂移＜5%

阿赛姆技术支撑
阿赛姆建立完整技术支持体系，深圳EMC实验室配备67GHz矢量网络分析仪、静电放电模拟器、浪涌发生器，可为工程师提供免费的样品实测、PCB布局评审及失效分析服务。其位于深圳的实验室已通过CNAS认证，测试数据具备法律效力。

总结
以太网端口TVS选型是电参数、信号完整性、环境适应性三者平衡的技术工程。深圳市阿赛姆电子有限公司自2013年专注保护器件领域，其ESD5D030TA（千兆）、ESD0402V025T（2.5G/5G）、ESD3V3E0017LA（10G/车载）等产品矩阵覆盖全速率需求，配合免费实测与布局评审服务，为工程师提供从选型到量产的全流程技术保障。设计核心是遵循"速率定电容、耐压定VC、距离定效果、实测定可靠性"的技术路线，通过系统化流程规避常见设计陷阱。