1、網(wǎng)絡(luò)變壓器的介紹

網(wǎng)絡(luò)變壓器也被稱作“數(shù)據(jù)汞”，也可稱為網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器。它在一塊網(wǎng)絡(luò)接口上所起的作用主要有兩個(gè)，一是傳輸數(shù)據(jù)，它把PHY送出來的差分信號(hào)用差耦合的線圈耦合濾波以增強(qiáng)信號(hào)，并且通過電磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)換耦合到不同電平的連接網(wǎng)線的另外一端;一是隔離網(wǎng)線連接的不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的不同電平，以防止不同電壓通過網(wǎng)線傳輸損壞設(shè)備。除此而外，數(shù)據(jù)汞還能對(duì)設(shè)備起到一定的防雷保護(hù)作用。它主要用在網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、路由器、網(wǎng)卡、集線器里面，起到信號(hào)耦合、高壓隔離、阻抗匹配、電磁干擾抑制等作用。

2.工作原理

1、共模扼流圈(CMC:Common mode Choke)

共模扼流圈(Common mode Choke)，也叫共模扼制電感，是在一個(gè)閉合磁環(huán)上對(duì)稱繞制方向相反.匝數(shù)相同的線圈。理想的共模扼流圈對(duì)L(或N)與E 之間的共模干擾具有抑制作用，而對(duì)L與N 之間存在的差模干擾無電感抑制作用。但實(shí)際線圈繞制的不完全對(duì)稱會(huì)導(dǎo)致差模漏電感的產(chǎn)生。信號(hào)電流或電源電流在兩個(gè)繞組中流過時(shí)方向相反，產(chǎn)生的磁通量相互抵消，扼流呈現(xiàn)低阻抗。共噪聲電流(包括地環(huán)路引起的騷擾電流，也處稱作縱向電流)流經(jīng)兩個(gè)繞組時(shí)方向相同，產(chǎn)生的磁通量同向相加，扼流圈呈現(xiàn)高阻抗，從而起到抑制共模噪聲的作用。共模電感實(shí)質(zhì)上是一個(gè)雙向濾波器:一方面要濾除信號(hào)線上共模電磁干擾，另一方面又要抑制本身不向外發(fā)出電磁干擾，避免影響同一電磁環(huán)境下其他電子設(shè)備的正常工作。

共模扼流圈可以傳輸差模信號(hào)，直流和頻率很低的差模信號(hào)都可以通過，而對(duì)于高頻共模噪聲則呈現(xiàn)很大的阻抗，所以它可以用來抑制共模電流騷擾。

共模電感扼流圈是開關(guān)電源、變頻器、UPS 電源等設(shè)備中的一個(gè)重要部分。其工作原理:當(dāng)工作電流流過兩個(gè)繞向相反線圈時(shí)，產(chǎn)生兩個(gè)相互抵消的磁場(chǎng) H1、H2，此時(shí)工作電流主要受線圈歐姆電阻以及可忽略不計(jì)的工作頻率下小漏電感的阻尼。如果有干擾信號(hào)流過線圈時(shí)，線圈即呈現(xiàn)出高阻抗，產(chǎn)生很強(qiáng)的阻尼效果，達(dá)到衰減干擾信號(hào)作用。

CMC抑制共模信號(hào):

顧名思義，共模扼流圈是用來抑制共模噪聲信號(hào)(無用的信號(hào)，干擾信號(hào))的元件，它對(duì)共模噪聲信號(hào)形成高阻抗，而對(duì)差模信號(hào)(有用的信號(hào))基本上無影響。它是抑制EMI電磁干擾的主要元件，工作原理如下

共模信號(hào)是指在兩輸入端輸入極性相同的信號(hào)。共信號(hào)將導(dǎo)致電磁干擾。電磁干擾分為輻射干擾和傳導(dǎo)干擾(進(jìn)入電源線內(nèi))。信號(hào)傳輸不對(duì)稱和阻抗不匹配時(shí)差模信號(hào)轉(zhuǎn)換都將產(chǎn)生數(shù)字終端設(shè)備的

共模信號(hào)。

CMC對(duì)差模信號(hào)無影響:

2、自耦合變壓器(Center Tapped Auto-Transformer四)

自耦合變壓器對(duì)差模信號(hào)形成高阻抗，對(duì)共模信號(hào)基本上無影響，按照以上的接線方式接入線路中可以有效地進(jìn)行信號(hào)傳輸，繼而進(jìn)一步減少及抑制了電磁干擾。

扼流圈工作原理及插入損耗特性(或稱阻抗特性):

變壓器兩腳加上信號(hào)電壓(差模信號(hào))時(shí)，經(jīng)過磁路耦合作用在變壓器的次級(jí)端感應(yīng)出感生電壓。對(duì)于信號(hào)電壓，由于CMC兩繞組同時(shí)流過的信號(hào)電流大小相等、方向相反，在CMC的鐵芯磁路中產(chǎn)生了方向相反的磁通，相互抵消，不影響差模信號(hào)傳輸。而此時(shí)變壓器Transformer兩繞組流過的則是大小相等，方向相同的電流，致使變壓器Transfommer的作用相當(dāng)于一個(gè)大的電阻，阻礙差模信號(hào)的通過對(duì)載波信號(hào)的傳輸影響極少。所以差模信號(hào)被直接耦合加到負(fù)載上。而對(duì)共模信號(hào)來說，主要是通過變壓器的初、次級(jí)間的分布電容耦合到次級(jí)，而此時(shí)CMC兩繞組流過的是大小相等、方向相同的電流，這時(shí)CMC相當(dāng)于一個(gè)大的電阻，阻止共模電流的傳輸，而變壓器Transformer兩繞組則是流過大小相等、方向相反的電流，對(duì)共模信號(hào)相當(dāng)于短路，這樣共模電壓基本上不會(huì)被傳送，而被耦合到負(fù)載上。從而既能使載波信號(hào)被很好的傳輸，又能抑制共模干擾信號(hào)。

EMI設(shè)計(jì)Tips

EMl設(shè)計(jì)Tips-1

調(diào)整CMC可以改變阻抗峰值,從而幫助抑制問題頻段的噪音

EMl設(shè)計(jì)Tips-2

2-wire choke Design:

2-wire choke on PHY side can't work on class B mode;兩線穿CMC在芯片端方案不能工作在電流驅(qū)動(dòng)型

模式下

2-wire choke on cable side:BST performance is degraded as the Zcmc is often much greater than

75Ω;兩線穿CMC在網(wǎng)口方案,由于CMC阻抗通常大于75歐而BST性能被退化

It may be more appropriate to choose different values,or not using BST at all.有時(shí)并不需要使用BST

,只需選擇合適的方案。

EMI設(shè)計(jì)Tips-3

Wire Choke Design(CMC三線穿環(huán)設(shè)計(jì)):

3-wire choke works good for the rejection of CM noise from“Dirty GND”(三線穿環(huán)設(shè)計(jì)可以根好抑制

地端的共模雜訊)

Bench test shows 3-wire choke on PHY side performs better than3-wire on cable side,specially at

lower frequencies(實(shí)驗(yàn)證明在芯片端的三線穿環(huán)設(shè)計(jì)方案性能優(yōu)于網(wǎng)口端,尤其在低頻段)

3-wire choke on cable side performs better than2-wire choke on cable side(同在網(wǎng)口端,三線穿環(huán)

設(shè)計(jì)方案優(yōu)于倆線穿環(huán)設(shè)計(jì)方案)

Use 3-wire choke on PHY side for most multiport connectors. As higher number of ports cause

higher radiated emission(三線穿環(huán)設(shè)計(jì)方案用于多端口連接器,因通道越多輻射越大)

EMI設(shè)計(jì)Tips-4

Auto-xfmr design(自耦變壓器)

Auto-xfmr provides a balanced way for CM noise directly going to GND via Bob-Smith termination

Performs better at lower frequency than 2-wire choke on cable side design(自擁變壓器給共模信號(hào)

提供了從絞合線到地的通道,低頻性能優(yōu)于網(wǎng)口端倆線穿環(huán)設(shè)計(jì))

Auto-xfmr also inereases parastic such as LL,Cd,and lower down OCL自擁變壓器也會(huì)增加如漏感電

容等寄生電性,并降低電感性能)

Bigger volume and higher cost(體積增大,價(jià)格升高)

EMI設(shè)計(jì)Tips-5

選沃虎 真靠譜

審核編輯 黃宇