在-深度分析中：为什么网络变形金刚可以充当信号传输的“清除器”

在信息时代，网络通信技术每天都在变化，高速-速度和稳定的数据传输已成为企业发展的关键因素。作为通信设备中必不可少的组件，网络变形金刚起着至关重要的作用。如今，VOOHU将为您全面介绍网络变形金刚的基本概念，如何选择它们以及它们的设计和应用，以便每个人都可以对网络变压器产品有更全面的了解。欢迎讨论任何缺陷！

1。网络变压器的概述
网络变压器是在网络通信领域中专门用于的电子组件。它们也是将以太网连接到终端接口的关键组件。他们负责多个任务，例如信号传输，阻抗匹配，噪声抑制和高电压隔离。他们在通信领域中起着必不可少的作用，以确保传输过程中数据的稳定性和安全性。网络变压器的核心成分包括磁芯，线圈和骨骼。它的工作原理基于电磁诱导。主线圈接收到的信号会在磁芯中产生变化的磁场，然后在次级线圈中诱导电压以完成信号传输。

当然，从理论上讲，以太网可以直接连接到终端界面，但是外部电路的干扰和传输距离的局限性使得该解决方案在实际应用中成为瓶颈。网络变压器的干预及其独特的绕组结构-差异模式电感器和公共模式电感器的组合有效地抑制了通用模式和差异模式信号的干扰，实现了信号过滤和增强，从而显着提高了信号传输距离。此外，网络变压器的应用还建立了以太网和外部电路之间有效的隔离屏障，从而大大增强了系统的抗干扰能力。即使面对不同的电压连接，也可以确保以太网本身的稳定操作。同时，网络变压器还为设备提供了一定程度的闪电保护。

2。网络变压器组件和工作原理
网络变压器的三个基本部分是：t（变压器），k（公共模式扼流圈）和A（中心挖掘自动-变压器）。根据不同的组合，将网络变压器分为：单t -零件网络变压器，t + k -零件网络变压器，t +三-电线回路k -零件网络变压器和t + k + a - priep网络变压器。

1。单t -零件网络变压器
如下图所示。它是单个T -零件网络变压器的示意图及其防止EMI传输到PHY芯片和数据信号传输的能力。

PIN4和PIN6上的EMI干扰线数（橙色信号）的大小相等，方向相反，并且具有完全相同的波形。它们在次级的上和下线中引起的电流在大小上等于方向，相反，相互取消。磁环中的两条电流引起的通量变化相互抵消。通量变化为零，这意味着由次级的上和下线呈现的电感电抗性为零，并且可以用两个短-电路线代替。 EMI通过两个短-电路线。中间水龙头和r - C系列电路将EMI排放到接地线上，从而降低了EMI的幅度。
出于同样的原因，内部电路的EMI将通过主线圈的中间水龙头和C2排放到接地线上，这可以减少设备内部通过电线发射到空气中的EMI的振幅。
蓝色信号是数据电压信号。次级的上和下线引起的电流在大小和方向上相等，并且在T -片的二次线圈内引起的通量变化相互叠加，显示出高电感电抗。
可以看出，具有中间水龙头的网络变压器具有阻止EMI在其主要和次级线圈之间的相互传播的功能。

2。t -零件 + k -零件网络变压器
t -零件 + k -零件网络变压器的示意图和信号传输的示意图如下图所示。


图1显示了由T和K组成的网络变压器的示意图。 k被添加到网络变压器中，因为它对有用的数据电压（差异）信号没有衰减效应，但可以衰减EMI。添加k可以进一步阻止EMI在初级和次级线圈之间传播。

如上图的右侧所示，橙色信号为EMI，蓝色信号是电压差异信号。橙色和蓝色箭头分别代表K和T的主要线圈中EMI的当前方向和数据电压信号。分析表明，当数据电压信号从PIN4和PIN6通过K的上和下线流动时，电流的大小相等，方向相反。 K磁环在K的磁环内引起的磁通量变化相互抵消。磁通量变化为零，这意味着由K的上和下线呈现的电感电抗性为零。换句话说，在不考虑K的内部阻力的影响的情况下，K没有对数据电压信号的衰减能力。

如上图中的橙色箭头所示，当EMI流过K分数的上和下线时，产生的电流在大小和方向上相等。它们在K -分量的磁环内引起的磁通量的变化相互叠加。 K -分量提出的电感电抗ZL将根据以下公式随频率的增加而线性增加。 L是K -分量的电感。
Zl =2πfl

K -组件在EMI循环中以串联连接。在EMI到达t -分量的次级线圈之前，它的大部分将落在k -分量的两端，因此choke扮演着阻止EMI的作用。 K -组件对EMI的高-频率分量具有更好的阻塞效应，因为频率越高，EMI在K -组件的两端下降越大。相同的令牌，K -组件还可以阻止设备内部生成的EMI传输到电线。与T -组件网络变压器相比，T -组件 + K -组件网络变压器具有进一步提高的EMI衰减功能。

3。T+K+A网络变压器图1下面是T+K+A网络变压器的示意图，该网络变压器由T，K和A组成（自动转换器）。图中新添加的A的电感相对较大，通常为1.5〜2.0MH。网络变压器添加A的原因是，具有较大电感的添加A不会显着减弱有用的数据电压信号，但可以进一步阻止变压器的初级和次级侧之间EMI的传播。

网络变压器传输数据电压信号和EMI的示意图如图2所示。在图中，蓝色信号是数据电压信号，橙色信号为EMI。橙色箭头和蓝色箭头分别是数据电压信号的电流的方向和网络变压器中的EMI信号。

从图中可以看出，当EMI穿过自动转换器的上和下线圈时，它们的方向相反，并且由它们在磁环中互相取消的磁通量的变化相反，因此部分A部分A的电感电抗性接近零，EMI接近零，EMI通过R - C系列电路排放到地面上，并在此电路上，均为Amby Rediby Reduce emi。 A部分的放电效果与部分T部分的二级线圈相似。当数据电压信号通过自动转换器的上和下线圈时，其方向是相同的，并且A部分A内部磁环引起的磁通量变化相互叠加，因此部分的电感电抗性是A部分A部分。
EMI是由A部分（自动转换器），K部分（choke）和T次二级线圈处理的三重-，大大降低了EMI的幅度，并且网络变压器对EMI的衰减能力得到了极大的提高。

3。网络变压器的分类
网络变压器主要根据以下核心参数进行分类：结构类型，包装类型，传输速率，端口数，应用程序环境和POE电源供应能力

1。基于结构类型的分类：
RJ45单独的网络变压器和集成网络变压器模块的连接器

2。按包类型分类：
SMD表面安装
浸入插头-穿孔

3。按传输速率进行分类：
10/100基础- TX
千兆基础- TX
2.5g基础- t
5G基础- t
10克基础- t

4。按端口数进行分类：
单端口
双端口
四方端口

5。基于客户应用环境的工作温度的分类：
消费电子（消费者操作温度：0〜70°C）
工业设备（行业运营温度：- 40〜+85°C）
汽车（汽车操作温度：- 40〜+125°C）
军事和航空航天（米利-航空操作温度：- 55〜+155°C）

6。基于POE电源能力的分类：
non - poe
（符合IEEE802.3AB标准）
坡
（15W电源能力，
符合IEEE802.3AF标准）
POE+
（30W及以上电源能力，
符合IEEE802.3AT标准）
4ppoe
（90W电源能力，
符合IEEE802.3BT标准）

4。网络变压器的设计和选择
根据接口驱动程序类型，将PHY芯片分为电压-类型PHY和电流-类型PHY。在实际的网络过程中，本地设备无法预测另一个设备的类型和级别要求，但是由于变压器的存在，不同类型的PHY芯片的互连只需要参考不同级别AC耦合的策略，也就是说，只需照顾自己的本地匹配即可。当两侧是电压-型PHY时，由于电压- PHY的接口是标准配置的，因此通过变压器互连没有问题，并且可以直接通过电容器将变压器的中心水龙头直接接地。当双方都是电流-类型PHY时，由于电流-类型PHY的接口驱动器需要电流注入，因此需要将变压器的中心水龙头连接到电源，而拉动电压取决于PHY芯片本身所需的常见-模式电压；当连接电压-类型PHY和电流-类型PHY时，两侧的TAPS的拉力电源可以基于其各自的PHY芯片的要求，即使它们不同，也不重要，因为变压器无法传输DC电压。

通用-模式电感器分为两种类型：两种-电线通用-模式和三-电线通用-模式。它们可以放在PHY侧，电缆侧或两侧。几种位置方法如图1所示。

将公共模式电感器放置在电缆侧可以更好地过滤由变压器不平衡引起的干扰，这与将其放置在PHY侧相比是一个优势。但是，在POE电源方案中，PHY侧的通用模式电感器不需要承受POE电流，并且不容易饱和，因此它的尺寸可以变小，这在布局中更有益，并且其EMC性能也更好。由于电流-类型PHY需要外部电源来提供电流，当与两个-电线通用-模式电感器一起使用时，当输出较低时，当电流通过主变压器和公共-模式电感器的上半部分以形成循环，反之亦然，当输出较高时。当输出为0时，电流通过公共-模式电感器的两个线圈形成循环。当电流仅通过一个线圈流动时，产生的磁场就无法被抵消，并且常见的-模式电感器表现出高阻抗，从而影响正常信号的信号质量。当使用三个电线通用模式时，无论输出哪种电流，电流都会以相反的方向流过两个线圈，并且磁场将相互抵消，这对信号没有影响。

如果相关的EMC指标的要求很高，则将采用图1（c）中所示的结构，并将在PHY侧和电缆侧安排共同的模式电感器。为了适应电流-类型PHY，PHY侧的公共-模式电感器可以更改为三-电线通用模式。总而言之，在不需要POE电源的情况下，两个-电线-模式电感器和电缆侧放置解决方案的兼容性和好处更高，但是在POE方案中，可以优先考虑三个-电线常见模式和PHY侧面位置解决方案。

基于上述分析，在选择以太网变压器时将汇编下表以供参考：


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5。网络变压器设计和应用
1。单独的网络变压器应用程序：
下面的图1是以太网的典型应用。我们的PCB设计基本上是根据此框图布置和连接的。在下面，我们将使用此框图来解释与以太网相关的布局和接线点。

PCB布局和接线图。以下使用图2来介绍在以太网电路的布局和接线中需要注意的关键点。

2。变压器-分离的RJ45设计

3。PCB布局要求
1）如图所示，当变压器和RJ45接口分开时，RJ45接口和变压器之间的距离应尽可能缩短（同时满足过程要求）



2）以太网转换芯片PHY和变压器之间的距离也应尽可能短，通常不超过5英寸。如果RJ45接口带有变压器，则应将以太网转换芯片放置在尽可能靠近RJ45接口的位置，如下图所示。



3）如下图所示，AC终止电阻的放置通常基于芯片手动建议。一些芯片需要放置在以太网转换器端。如果没有特殊要求，请将其靠近以太网转换芯片。


4）重置电路信号应尽可能靠近以太网转换芯片，如果可能的话，应远离TX+/-，Rx+/-。差分信号和时钟信号；
5）时钟电路应尽可能靠近以太网转换芯片，远离电路板的边缘以及其他高频率信号，IO端口路由和其他磁性组件；
根据上述布局要求，可以汇总整个布局图，如下图所示

4。PCB接线要求
1）TX+，TX -和RX+，RX -应尽可能将其放在表面上。两个差分对之间的间距应至少为4W，并且对内的相等长度约束为500万。这两个差分对不需要长度相等，如图1所示

2）考虑到变压器是一个干扰源，需要将变压器下方的所有层都被挖空。如图2所示，只有在不挖出垫子的情况下将变压器的真丝屏幕挖空。

3）从PHY芯片到CPU（GTX_CLK \ tx_en \ tx_er \ txd [7：0]）和接收部分的传输零件（grx_clk \ rx_dv \ rx_er \ rx_er \ rxd [7：0]）应分别路由。不要混合接收和传输网络。线之间的距离应为3W。 RX和TX的长度应等于1000万，并且阻抗应控制为50欧姆。
4）电源信号的路由，包括解耦电容器，电源线和接地线的路由应保持短而宽。脱钩电容器上的远处的直径应稍大。每个电容器都应通过地面独立，不应共享地面；
5）通过电阻器后，AC终止通常需要连接到芯片或变压器。不允许使用短线；
6）对于千兆以太网的微分对，应选择最佳信号层以进行路由。 VIA的数量不应超过两个，并且在打孔孔更换层时，应在200mil内添加返回地面VIA，如图3所示。

7）功率和地面处理原理：RJ45底盘地面和数字接地由1M欧姆电阻器和0.1UF解耦电容器隔离。底盘地面和数字接地之间的间距必须大于6000万，如图4和图5所示。

如图6和图7所示，所有具有不同电源电压的数字和模拟功率平面都应隔离。