以太网接口变压器的设计与应用

时间：

2023-12-19

来源：

亿佰特物联网应用

网络变压器的工作原理：

网络变压器又称“数据汞”，或网络绝缘变压器。

在网络接口中网络变压器起到两个主要作用：一是通过将差模耦合和线圈耦合相结合的过滤器，增强PHY传输的差分信号的数据传输，并将电磁场转换为不同电平连接线的另一端；二是隔离线连接到不同网络设备之间的不同电平，为防止不同的电压通过网络线路传输，从而损坏设备。此外，数据汞在设备防雷方面也可以发挥作用，主要用于网络交换机、路由器、网卡、集线器内部，起到信号通信、高压绝缘、电网变压器电阻匹配、电磁干扰抑制等作用。

网络变压器通常有两种驱动方式：电压驱动和电流驱动。

1.电流驱动方式：

等效电路图如下图：

这是一个较早的驱动程序，仅适用于10M和100M网络。

通过调整恒流源和电流的大小，可以改变载波频率。当电流驱动方法连接到变压器时，变压器中间插头必须连接到应变电压（产生偏置和电流感）。上拉电压由PHY芯片决定。一般有1.8V和2.5V。只需阅读PHY芯片的数据手册。

2.电压驱动方式：

这是目前常用的控制方法，不仅可以应用于10M和100M网络，还可以应用于千兆网络。千兆PoE网络的电源也基于这一原理，就像电压源调整电压以实现载波变化一样。当电压驱动方法连接到变压器时，变压器的中心引脚不需要连接到电压，但可以直接连接到电容器的地。典型的电压控制模式如下：

它的等效电路如下：

为什么要接网络变压器？

事实上，变压器理论上不起作用，但风险太大。网络变压器的优点如下：

1.增加传输距离。PHY芯片驱动器的功率有限，当网络线长时，信号到达接收端，信号可能会衰减到不再工作的程度。但在添加网络变压器后，通过变压器输出，驱动能力显著提高，允许信号进一步传输。

2.减少接收PHY芯片时的干扰。接收器和发射机以及网络变压器相当于将PHY与网络线路隔离。网络线路暴露在室外，容易受到各种干扰，无绝缘，PHY芯片的数字输出容易不稳定；

3.改进PHY芯片的接收和传输终端的兼容性。如果PHY接收器使用3.3V，而PHY发射机使用5V，则两者之间的电平信号在没有网络变压器的情况下不兼容。网络变压器可以确保信号正常传输，而不考虑接收和传输时使用的电压。

由此分析：

可以注意到，共形电感器位于不同的位置：一个位于电缆端部，另一个位于PHY端部。

注意：

PHY侧比电缆侧更贵，可能是因为不常用吧。

电流型的PHY不建议使用在PHY末端的网络变压器，这可能导致网络关闭。电压型的PHY没有关系。

@100kHz，0.1V，8mA直流偏置350uhmin

网络变压器制造商的产品插头将使用开路OCL电感：表明频率为100 kHz、振幅为0.1 V的正弦信号电压将检测电感大于350 uH、线圈供电加上8 mA直流偏移的网络变压器的开路OCL电感。

为什么这样呢？有两个原因：

1.制造商必须向线圈添加8mA直流偏移检测条件的原因是，在局域网运行期间，网络变压器，由于正极性和负极性矩形数据脉冲的数量不同，在网络变压器线圈内自动产生不超过8mA的直流或慢偏移，线圈内的直流或慢速偏移降低了线圈的OCL，OCL下降使平屋顶倾斜矩形数据脉冲，而当平屋顶高度倾斜时会发生误差，产生误码。

2.另一方面，最近在网络变压器传送数据信号的同时还要利用它向数十米以外的电子设备输送直流电压（POE供电系统）。PoE电流相对较大，可以达到安培量级。PoE电流也是网络变压器内层压器的连续或缓慢移动。电流缓慢偏移可能导致电感器电感降低，从而改变网络变压器消除电磁干扰的能力。