ネットワーク機器の設計において、RJ45ジャックの金属フレームをどのように処理するかは、機器の安全性や信頼性に関わる重要なポイントです。特に、樹脂筐体を使用し、給電がPoE（IEEE802.3af）のみで行われる場合、金属フレームの接続先について迷うことが多いでしょう。この記事では、代表的な処理方法と考慮すべき点について解説します。
RJ45ジャックの金属フレームの役割
RJ45ジャックには金属フレームが備わっており、これは主に電磁シールド（EMI対策）と静電気放電（ESD）対策の役割を担っています。筐体が樹脂製であっても、静電気や外部ノイズがフレームに溜まることがあるため、適切な処理を施さなければ機器の誤作動や故障につながります。
例えば、シールド付きLANケーブルを使用した場合、ケーブル側のシールドがRJ45ジャックの金属フレームに接続されるため、その処理が不十分だとノイズの逃げ道がなくなることがあります。
浮かせる場合のメリットとリスク
金属フレームを「浮かせる」、つまり何にも接続しない方法は、簡易的な実装として行われることもあります。この場合、基板上のGNDや電源系統に影響を与えないメリットがあります。
しかし、浮かせた場合にはESDの逃げ道がなくなり、放電が基板回路へ流入するリスクが高まります。その結果、ICや電源回路にダメージを与える可能性があるため、製品としての信頼性を考えると推奨されにくい方法です。
GNDへの接続方法
一般的に推奨されるのは、RJ45ジャックの金属フレームを筐体アースまたは基板のGNDに接続する方法です。ただしPoE給電環境の場合、注意が必要です。PoEではライン上にDC電圧が重畳されているため、電源系統の絶縁状況によってはノイズや電位差の影響を受ける可能性があります。
そのため、多くの設計では金属フレームを直接2次側のGNDに落とすのではなく、Yコンデンサや抵抗を介して接続する方式が採用されます。これにより、直流的には絶縁を保ちながら高周波ノイズやESDを安全にバイパスできます。
PoEと絶縁DCDCの考え方
PoEの電圧は通常48V前後で供給され、絶縁型DCDCコンバータを用いて5Vや3.3Vに降圧されます。このとき一次側と二次側は絶縁されるため、RJ45ジャックのフレームを二次側GNDに直結することは避けるのが一般的です。
代わりに、シールドフレームを一次側のアースポイントやシャーシグラウンドに落とすことで、外来ノイズを一次側で処理し、二次側回路への影響を最小限に抑える設計が望まれます。
実装例と推奨アプローチ
代表的な実装例としては以下の方法が挙げられます。
- フレームをシャーシGNDに接続し、基板GNDとはYコンデンサで接続
- フレームを基板の「フローティングGND」に接続し、必要に応じて抵抗やフェライトビーズを介してシステムGNDへ落とす
- 樹脂筐体の場合でも、放電パターンを設けてフレームから外部へ逃がす設計
これらの方法により、PoE環境下でも安全かつ安定した動作を確保できます。
まとめ
RJ45ジャックの金属フレーム処理は、単なる機械的な接続ではなく、ESD対策・ノイズ対策・絶縁設計を考慮する必要があります。特にPoEを使用する環境では、フレームを浮かせるよりも、Yコンデンサや抵抗を介してアースやGNDに処理するのが望ましい設計です。樹脂筐体であっても、この点を意識することで機器の信頼性を大きく高めることができます。
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