In -深度分析：ネットワークトランスが信号伝送のために「スカベンジャー」として機能する理由

情報の時代では、ネットワーク通信技術は1日ごとに変化しており、高い-速度と安定したデータ送信が企業の開発における重要な要素になりました。通信機器に不可欠なコンポーネントとして、ネットワークトランスは重要な役割を果たします。今日、Voohuは、ネットワークトランスとアプリケーションのネットワーク変圧器の基本概念、それらの設計とアプリケーションの包括的な紹介を提供します。欠陥について話し合うためのようこそ！

1。ネットワーク変圧器の概要
ネットワークトランスは、ネットワーク通信の分野で特別に使用される電子コンポーネントです。また、イーサネットを端子インターフェイスに接続するための重要なコンポーネントでもあります。彼らは、信号伝送、インピーダンスマッチング、ノイズ抑制、高-電圧の分離などの複数のミッションを担当しています。彼らは、伝送中のデータの安定性とセキュリティを確保するために、通信の分野で不可欠な役割を果たします。ネットワークトランスのコアコンポーネントには、磁気コア、コイル、スケルトンが含まれます。その作業原則は、電磁誘導に基づいています。一次コイルによって受信された信号は、磁気コアの変化する磁場を生成し、次にセカンダリコイルに電圧を誘導して信号透過を完了します。

もちろん、理論的には、イーサネットは端子インターフェイスに直接接続できますが、外部回路の干渉と伝送距離の制限により、このソリューションは実際のアプリケーションでボトルネックになります。ネットワーク変圧器の介入は、独自の巻線構造-差動モードインダクタと共通モードインダクタの組み合わせにより、共通モードと微分モード信号の干渉を効果的に抑制し、信号フィルタリングと拡張を実現し、したがって信号透過距離を大幅に改善します。さらに、ネットワークトランスの適用は、イーサネットと外部回路の間に効果的な分離障壁を構築し、システムの干渉能力を大幅に強化します。異なる電圧接続に面している場合でも、イーサネット自体の安定した動作を確保できます。同時に、ネットワークトランスは、機器にある程度の稲妻保護も提供します。

2。ネットワークトランスコンポーネントと作業原則
ネットワークトランスの3つの基本部分は、T（トランス）、K（共通モードチョーク）、およびA（中央のタップ自動-変圧器）です。さまざまな組み合わせによれば、ネットワークトランスは、単一のT -ピースネットワークトランス、T + K -ピースネットワークトランス、T + 3 -ワイヤーループK -ピースネットワークトランス、およびT + K + A -ピースネットワークトランスに分割されます。

1。シングルT -ピースネットワークトランス
下の図に示すように。これは、単一のt -断片ネットワークトランスの概略図であり、EMIがPhyチップとデータ信号伝送に送信されないようにする能力です。

PIN4およびPIN6のEMI干渉ライン数（オレンジ信号）は大きさが等しく、方向に反対で、まったく同じ波形があります。二次の上部と下部コイルに引き起こされる電流は、大きさが等しく、方向に反対で、互いにキャンセルします。磁気リングの2つの電流によって引き起こされるフラックスの変化は、互いにキャンセルします。フラックスの変化はゼロです。つまり、セカンダリの上部と下部コイルによって提示される誘導反応性はゼロであり、2つの短い回路線で置き換えることができます。 EMIは2つの短い-回路線を通過します。中央のタップおよびR - Cシリーズ回路はEMIを接地ワイヤに放電し、それによりEMIの振幅を減らします。
同じ理由で、内部回路からのEMIは、プライマリコイルの中央タップとC2を介して接地ワイヤーに排出されます。
青い信号はデータ電圧信号です。二次の上下のコイルに引き起こされる電流は大きさと方向が等しく、t -ピースの二次コイル内に生じるフラックスの変化は互いに重ねられ、高い誘導反応性を示します。
中央のタップを備えたネットワーク変圧器は、プライマリコイルとセカンダリコイル間のEMIの相互伝播をブロックする機能を持っていることがわかります。

2。T-ピース + K -ピースネットワークトランス
t - feice + k - fieceネットワークトランスの概略図と信号伝送の概略図を、下の図に示します。


図1は、TとK（チョーク）で構成されるネットワークトランスの概略図を示しています。 Kは、有用なデータ電圧（差異）信号に減衰効果がないが、EMIを減衰させる可能性があるため、ネットワークトランスに追加されます。 Kを追加すると、プライマリコイルとセカンダリコイル間の伝播をさらにブロックできます。

上記の図の右側に示されているように、オレンジ信号はEMIであり、青い信号は電圧微分信号です。オレンジと青の矢印は、それぞれKとTの主要なコイルのEMIとデータ電圧信号の現在の方向を表しています。分析では、データ電圧信号がkの上下のコイルをPIN4とPIN6からPIN6から流れると、電流は大きさが等しく、方向に反対であることが示されています。 Kの磁気リング内のそれらによって引き起こされる磁束変化は、互いにキャンセルします。磁束の変化はゼロです。つまり、Kの上部と下部コイルによって提示される誘導反応性はゼロです。言い換えれば、Kの内部抵抗の影響を考慮せずに、Kにはデータ電圧信号の減衰能力はありません。

上の図のオレンジ色の矢印で示されているように、EMIがk -コンポーネントの上下のコイルを流れると、生成される電流は大きさと方向が等しくなります。 k -コンポーネントの磁気リング内のそれらによって引き起こされる磁束の変化は、互いに重ねられています。 k -コンポーネントによって提示される帰納的リアクタンスZLは、次の式に従って周波数の増加とともに直線的に増加します。 lはk -コンポーネントのインダクタンスです。
zl =2πfl

k -コンポーネントは、EMIループで直列に接続されています。 EMIがT -コンポーネントの二次コイルに到達する前に、そのかなりの部分がk -コンポーネントの両端に落ちるため、チョークはEMIをブロックする役割を果たします。 k -コンポーネントは、周波数が高いほど、k -コンポーネントの両端でEMIが低下するため、EMIの高周波数成分に対してより良いブロッキング効果があります。同様に、k -コンポーネントは、機器内で生成されたEMIがワイヤーに送信されるのをブロックすることもできます。 T -コンポーネント + K -コンポーネントネットワークトランスは、T -コンポーネントネットワークトランスと比較して、EMI減衰機能がさらに改善されています。

3。T+K+ネットワークトランス図1以下は、T、K、およびA（自動トランスフォーマー）で構成されるT+K+Aネットワークトランスの概略図です。図に新しく追加されたAのインダクタンスは比較的大きく、通常は1.5〜2.0mhです。 Aがネットワークトランスに追加される理由は、大きなインダクタンスを備えたAを追加しても有用なデータ電圧信号を大幅に減衰させないが、トランスの一次側と二次側の間のEMIの伝播をさらにブロックできるためです。

データ電圧信号を送信するネットワークトランスの概略図とEMIを図2に示します。図では、青い信号はデータ電圧信号であり、オレンジ信号はEMIです。オレンジ色の矢印と青い矢印は、それぞれネットワークトランスのデータ電圧信号とEMI信号の電流の方向です。

図からわかるように、EMIがオートトランスフォーマーの上部コイルと下コイルを通過すると、方向は反対であり、パートAの磁気輪の内側の磁気フラックスの変化は互いにキャンセルするため、パートAによって提示された誘導反応性はゼロに近く、EMIはR - Cシリーズの地面に排出されます。パートAの排出効果は、パートTの二次コイルの排出効果と類似しています。データ電圧信号が自己吸流器の上部と下部コイルを通過すると、その方向は同じであり、パートAの磁気輪の内側の磁束の変化は互いに重ねられているため、パートAに提示される誘導反応が非常に大きくなります。
EMIはトリプル-パートA（オートトランスフォーマー）、パートK（チョーク）、およびパートTセカンダリコイルによって処理されます。これにより、EMIの振幅が大幅に減少し、EMIへのネットワークトランスの減衰能力が大幅に改善されます。

3。ネットワーク変圧器の分類
ネットワーク変圧器は、主に次のコアパラメーターに基づいて分類されます：構造タイプ、パッケージングタイプ、伝送速度、ポート数、アプリケーション環境、およびPOE電源容量

1。構造タイプに基づく分類：
RJ45個別のネットワークトランスと統合ネットワークトランスモジュールのコネクタ

2。パッケージタイプによる分類：
SMD表面マウント
浸漬プラグ-穿孔

3。送信レートによる分類：
10/100ベース- Tx
ギガビットベース- tx
2.5gベース- t
5gベース- t
10gベース- t

4。ポート数による分類：
単一ポート
デュアルポート
クアッドポート

5。顧客のアプリケーション環境の動作温度に基づく分類：
コンシューマーエレクトロニクス（消費者運用温度：0〜70°C）
産業機器（産業運用温度：- 40〜+85°C）
自動車（自動車運用温度：- 40〜+125°C）
軍事および航空宇宙（ミリ-エアロ操作温度：- 55〜+155°C）

6。POE電源容量に基づく分類：
ノン-ポー
（IEEE802.3AB標準を満たす）
ポー
（15Wの電源容量、
IEEE802.3AF標準を満たす）
ポー+
（30W以上の電源容量、
IEEE802.3AT標準を満たす）
4ppoe
（90W電源容量、
IEEE802.3BT標準を満たす）

4.ネットワークトランスの設計と選択
Phyチップは、interfaceドライバータイプに従って、電圧- type phyおよびcurrent phyに分割されます。実際のネットワークプロセスでは、ローカルデバイスは他のデバイスのタイプとレベルの要件を予測することはできませんが、変圧器の存在により、さまざまなタイプのPHYチップの相互接続は、異なるレベルのアックカップリングの戦略を参照する必要があります。つまり、独自のローカルマッチングの世話をするだけです。両側が電圧-タイプPhyの場合、電圧の界面-タイプPhyが標準であるため、変圧器を介した相互接続に問題はなく、トランスの中心タップはコンデンサを介して直接接地できます。両側が電流-タイプPhyの場合、電流-タイプの界面ドライバーは電流噴射を必要とするため、トランスの中心タップを電源に接続する必要があり、プル-上の電圧はPhyチップ自体に必要な共通-モード電圧に依存します。電圧-タイプPhyと電流-タイプPhyが接続されている場合、両側のタップのプルアップ電源は、それぞれのPhyチップの要件に基づいています。

共通-モードインダクタは、2つのタイプの2つのタイプに分割されます。Wirecommon - Modeと3つのワイヤー共通-モード。それらは、Phy側、ケーブル側、または両側に配置できます。いくつかの配置方法を図1に示します。

ケーブル側に共通-モードインダクタを配置すると、変圧器の不均衡による干渉をよりよくフィルタリングできます。これは、Phy側に配置するのと比較して利点です。ただし、POE電源シナリオでは、Phy側の一般的な-モードインダクタはPOE電流を搭載する必要がなく、飽和するのは簡単ではないため、サイズを小さくすることができます。電流- Type Phyは電流を提供するために外部電源を必要とするため、2つのワイヤ共通-モードインダクタを使用すると、出力が低い場合、電流はメイントランスを通過し、共通-モードインダクタの上半分を通過してループを形成します。出力が0の場合、電流は共通-モードインダクタの2つのコイルを通過してループを形成します。電流が1つのコイルのみを流れると、生成された磁場をオフセットすることはできず、一般的な-モードインダクタは高いインピーダンスを示し、通常の信号の信号品質に影響します。 3つのワイヤ共通モードを使用する場合、どの電流が出力であっても、電流は反対方向に2つのコイルを通過し、磁場は互いにキャンセルしますが、これは信号に影響しません。

関連するEMCインジケーターの要件が高い場合、図1（c）に示す構造が採用され、一般的な-モードインダクタがPhy側とケーブル側の両方に配置されます。 Phyを入力するために、Phy側の一般的な-モードインダクタを3つのワイヤ共通モードに変更できます。要約すると、POE電源が不要なシナリオでは、2つのワイヤー共通-モードインダクタとケーブル側の配置ソリューションの互換性と利点が高くなりますが、POEシナリオでは、3つのワイヤ共通モードとPHYサイド配置ソリューションが優先される可能性があります。

上記の分析に基づいて、イーサネットトランスを選択するときに、次の表を参照するためにコンパイルします。


Voohuは顧客に包括的な選択ニーズを提供できます。



1.電子ファイルまたは紙の選択資料が必要な場合は、バックグラウンドにメッセージを残すことができます。または、公式アカウントに従ってください：Voohu Electronics
2.ウェブサイトを入力してください：https：//www.voohu.cnモデルを選択します。当社のプラットフォームは、選択パラメーター、データのダウンロード、およびサンプルの小さなバッチ購入をサポートしています。強くお勧めします
3.販売およびカスタマーサービススタッフにニーズを送ってください。従来の資料をお勧めします。カスタマーサービスホットライン：400 - 1048 - 018

5。ネットワークトランスの設計とアプリケーション
1。ネットワークトランスの個別アプリケーション：
以下の図1は、イーサネットの典型的なアプリケーションです。私たちのPCBの設計は、基本的にこのブロック図に従って配線され、配線されています。以下に、このブロック図を使用して、イーサネットに関連するレイアウトと配線ポイントを説明します。

PCBレイアウトと配線図。以下は、図2を使用して、イーサネット回路のレイアウトと配線で注意を払う必要がある重要なポイントを導入します。

2。トランス-分離RJ45設計

3。PCBレイアウト要件
1）図に示すように、変圧器とRJ45インターフェイスが分離されている場合、RJ45インターフェイスとトランスの間の距離は可能な限り短くする必要があります（プロセス要件を満たしている間）



2）イーサネット変換チップPHYとトランスの間の距離も、可能な限り短くする必要があり、一般に5インチを超えてはなりません。 RJ45インターフェイスに変圧器が付属している場合、以下の図に示すように、イーサネット変換チップはRJ45インターフェイスの近くに配置する必要があります。



3）下の図に示すように、AC終端抵抗器の配置は一般に、チップマニュアルの推奨に基づいています。一部のチップでは、イーサネットコンバーターエンドでの配置が必要です。特別な要件がない場合は、イーサネット変換チップの近くに配置します。


4）リセット回路信号は、可能な限りイーサネット変換チップに近く、可能であれば、Tx+/-、rx+/-から離れている必要があります。微分信号とクロック信号。
5）クロック回路は、回路基板の端から離れて、イーサネット変換チップに近いものと、その他の高周波数信号、IOポートルーティング、その他の磁気コンポーネントに近いものでなければなりません。
上記のレイアウト要件によれば、次の図に示すように、全体的なレイアウト図を要約することができます

4。PCB配線要件
1）Tx+、Tx -およびrx+、rx -できるだけ表面に配置する必要があります。 2つの微分ペア間の間隔は少なくとも4Wでなければならず、ペア内の等しい長さの制約は5milです。図1に示すように、2つの微分ペアは長さを等しくする必要はありません

2）変圧器が干渉源であることを考慮すると、トランスの下のすべての層をくり抜ける必要があります。図2に示すように、パッドを掘り出すことなく、変圧器のシルクスクリーンをくり抜けるだけです。

3）PHYチップからCPU（GTX_CLK \ TX_EN \ TX_ER \ TXD [7：0]）および受信部（GRX_CLK \ rx_dv \ rx_er \ rxd [7：0]）を個別にルーティングする必要があります。受信と送信ネットワークを混ぜないでください。線間の距離は3Wを満たす必要があります。 RXとTXは100mil以内で等しい長さである必要があり、インピーダンスは50オームに制御する必要があります。
4）デカップリングコンデンサ、送電線、地上線のルーティングを含む電力信号のルーティングは、短くて広く保つ必要があります。デカップリングコンデンサのVIAの直径はわずかに大きくなければなりません。各コンデンサは地面に独立している必要があり、地面を介して共有しないでください。
5）抵抗器を通過した後、AC終了は通常、チップまたは変圧器に接続する必要があります。スタブラインは許可されていません。
6）ギガビットイーサネットの微分ペアの場合、ルーティング用に最適な信号層を選択する必要があります。図3に示すように、VIAの数は2を超えてはなりません。

7）電力と地上処理の原理：RJ45シャーシ地面とデジタル地面は、1Mオーム抵抗器と0.1UF分離コンデンサによって分離されます。図4と図5に示すように、シャーシ地面とデジタルグラウンドの間隔は60milよりも広くなければなりません。

図6および図7に示すように、異なる供給電圧を持つすべてのデジタルおよびアナログ電力面を分離する必要があります。