RJ45网口变压器工作原理与设计指南总结.pptx
《RJ45网口变压器工作原理与设计指南总结.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《RJ45网口变压器工作原理与设计指南总结.pptx(82页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、2024/8/10 周周六六1网口变压器n简介n差模传输特性(功能性特性)n共模传输特性(EMI抑制特性)2024/8/10 周周六六2简介n以太网设备在收发器和网线间使用变压器,其包含中心抽头变压器,自耦变压器,共模电感。最新的以太网设备通过变压器提供48V电源,采用集成连接器,应用越来越广泛。这些器件的特性对于EMI的抑制很关键。n不可能通过变压器的data sheet判断变压器的特性。可以使用网络分析仪测试,但要注意系统性能是不同的,如果不了解系统的特性,不能完全判断变压器的特性。并且测试方法也没有一定的标准。n本文解释那些影响以太网变压器EMI性能的主要参数,在通常配置下,需要一个be
2、nch-level测试方法来测试变压器特性。2024/8/10 周周六六3简介以太网变压器的功能:n满足IEEE 802.3中电气隔离的要求n不失真的传输以太网信号nEMI抑制:EMI特性直接与CM特性相关;相关信息不会出现在data sheet中;结构中寄生参数有明显的影响;手工绕线影响共模性能的一致性;封装中的布线很重要;封装尺寸及HV的要求限制了一些可能的选择;价格方面的考虑。2024/8/10 周周六六4简介变压器的构成:n脉冲(隔离)变压器n共模电感n自耦变压器n电容n电阻n封装/结构(集成变压器中的连接器管脚和走线)2024/8/10 周周六六5简介n典型的以太网口电路2024/8
3、/10 周周六六6差模传输特性2024/8/10 周周六六7差模传输特性n主要考虑差模参数。频率范围考虑从1MHz到100MHz(CAT5E)和250MHz(CAT6)n需要一些理想的假设简化初始的分析:假设磁导率足够大可认为是无穷大磁芯的此话足够小可认为是0忽略磁芯损耗忽略绕线电阻所有磁力线都在绕线内(即没有漏磁)忽略绕线间的电容2024/8/10 周周六六8差模传输特性n法拉第定律,闭合环路的感应电动势与磁力线随时间的变化率成比例。n理想变压器电压,电流和变比之间的关系2024/8/10 周周六六9差模传输特性n环形磁芯上的自感和互感R2 2024/8/10 周周六六10差模传输特性n变压
4、器的线路符号n阻抗的转换2024/8/10 周周六六11差模传输特性n磁芯的磁化和饱和2024/8/10 周周六六12非理想参数n有限的磁导率2024/8/10 周周六六13非理想参数n磁芯损耗:磁滞现象和涡旋电流损耗可以用图中与线圈并联的电阻RCL表示。降低磁芯损耗可以通过采用高电阻系数材料(如铁氧体材料)和采用薄板磁芯阻止涡旋电流的流动。2024/8/10 周周六六14非理想参数n绕线电阻n漏磁:磁力线不能在两个线圈中完全耦合,可以用一个耦合系数k来描述,0k1。漏磁和绕线技术和磁芯形状有关。2024/8/10 周周六六15非理想参数n分布电容:绕线和磁芯之间的耦合,相邻绕线间的耦合n线圈
5、间电容:初级和次级线圈间的电容,容值足够小,对于正常差模信号没有影响,对于无意的共模信号有足够低的阻抗,会明显影响EMI相关特性。2024/8/10 周周六六16非理想参数n变压器等效电路2024/8/10 周周六六17频率响应n降低磁化和泄露电感和分布电容可以增加频率范围n降低磁芯损耗和绕线电阻可以降低插入损耗2024/8/10 周周六六18频率响应n脉冲上升的时域响应如右图n并联的磁化电感LM对于上升沿有很大的阻抗,可以忽略n响应曲线是指数阻尼振荡下降n振荡幅值和阻尼系数决定于LL,CD,R2。(假设源阻抗可以忽略)2024/8/10 周周六六19频率响应n脉冲峰值的响应曲线如右图n响应主
6、要决定于磁化电感和负载阻抗R2n漏感远小于磁化电感,可以忽略n分布电容可以忽略,因为电流不经过此电容n负载电压随时间指数降低2024/8/10 周周六六20频率响应n漏感远小于磁化电感,可以忽略n响应曲线是指数阻尼振荡下降n振荡幅值和阻尼系数决定于磁化电感,分布电容和负载阻抗。2024/8/10 周周六六21频率响应2024/8/10 周周六六22共模传输特性2024/8/10 周周六六23理想中心抽头变压器理想中心抽头的变压器,所有的共模电流通过中心抽头返回到源。中心抽头作用:n通过提供差分线上共模噪声的低阻抗回流路径,降低线缆上共模电流和共模电压。n对于某些收发器提供一个直流偏置电压或功率
7、源2024/8/10 周周六六24非理想中心抽头变压如图,LCT,L,C12降低了共模衰减。L产生了差模共模转换n因为LCT+L0,所以中心抽头上存在共模电压。n共模电压在线缆上驱动共模电流,产生辐射。2024/8/10 周周六六25共模电感n对有意差分信号的传输,以及对无意共模信号的抑制,如图n共模电感的符号和模型。分布电容CCMC降低高频共模电感的阻抗。有损铁氧体(软铁氧体)由于能量耗散是有好处的。ZCMC是电阻性而非电抗性。LCMC和RCMC的高阻抗和CCMC是相互制约的两个参数。2024/8/10 周周六六26变压器参数总结n主要功能性(差分)参数:变比;磁化电感(开路电感);插入损耗
8、;回返损耗(与所有差分参数有关)n影响差分参数的寄生参数:漏感;分布电容和初次级线圈间电容n影响共模噪声抑制的参数:中心抽头平衡度;中心抽头和参考面之间串联阻抗(不平衡+中心抽头电感+中心抽头电容);初次级线圈间电容;共模电感阻抗。2024/8/10 周周六六27变压器共模特性n共模抑制效能是各器件特性,寄生参数及相互影响的综合结果n不能仅通过data sheet中的电路图来判断抑制效能,现在的data sheet对判断EMI抑制性能只有很少的作用nEMI性能的测试并不容易,需要特定的测试环境及测试夹具。n与其它滤波器一样,源和负载的共模阻抗及参考面的阻抗对变压器的共模抑制都很关键。2024/
9、8/10 周周六六28以太网线的传输模式n理解以太网线的传输模式是理解变压器EMI抑制功能的关键。n典型的UTP(非屏蔽网线)和传导的环境(如传导的GND)是一个多(9)导体的传输线。有意和无意信号同时传输。有意信号是信号对两线间的差模信号。无意信号包括:信号对之间的共模/差模混合信号。信号与环境间的共模信号2024/8/10 周周六六29以太网线的传输模式n传输模式的图示2024/8/10 周周六六30各传输模式和EMI间的关系n信号对两线间的差模信号:相反的电流相互抵消,电场抵消,低EMI问题。n信号对之间的共模/差模混合信号:与真正的共模信号不同,它的传输也在线缆内部,所以也不是影响EM
10、I的主要信号。n信号与环境间的共模信号主要的EMI源:传输发生在线缆和周围环境间,最容易引起EMI问题。所以变压器主要的EMI抑制功能就是减少这部分的噪声。2024/8/10 周周六六31差分模式n不是EMI直接的原因n也是辐射的源,通过一些转换机制,将一部分差模信号转换成共模信号n保持信号线的平衡,对称,阻抗匹配以及合理端接是非常重要的。例如,只有几pF的不平衡就会引起很明显的差模共模转换,增加串扰和EMI问题。2024/8/10 周周六六32混合差模/共模模式n采用75ohm端接电阻,如图。n此电阻提供差分线对之间150ohm的端接,主要用于混合模式信号的阻抗匹配。高压电容CHV将线缆终端
11、连接到GND改善EMI。由于有电阻,接线电感以及其它的限制,这并不是一个接地的低阻抗路径。2024/8/10 周周六六33共模信号是引起EMI的最直接原因,产生的原因包括:n不平衡(阻抗,幅值,时间,dv/dt)n串扰n非理参考面(地弹,参考面与机壳间的射频电压)2024/8/10 周周六六3475ohm端接的共模阻抗n对于EMI的改善,最好在线缆的终端通过一个低阻抗直接连接到机壳上。n75ohm端接对于共模信号是否是一个低阻抗?n75ohm端接对于阻抗匹配更好还是对于共模抑制更好?2024/8/10 周周六六35一般变压器的配置n两线共模电感位于PHY侧:这种配置不适于电流驱动型的收发器,这
12、种类型的收发器TX输出功率是由中心抽头处连接的电源提供的,后边详细介绍。n需要注意GND0V2024/8/10 周周六六36一对线的共模模式简化图2024/8/10 周周六六37共模模式的参数nZCMC:共模电感的阻抗,通过对共模电流提供高阻抗抑制EMI,设计目的是获得最大的LCMC和RCMC。nCCMC:共模电感的分布电容,减弱共模电感的高频性能。可以通过减小线圈间的重合减小此电容容值,特别是整个线圈两端之间的距离。靠近传导的结构也会明显影响这个电容的容值。2024/8/10 周周六六38共模模式的参数n典型的共模电感阻抗是磁芯材料,形状,绕线圈数和CCMC的函数。为了在特定频率范围获得高的
13、阻抗,在其它频段一般会有低的阻抗。n共模阻抗会随着磁饱和而降低,这在以下两种情况中特别重要:一是有POE功能时,直流电流会使磁芯饱和二是暴露的UTP耦合到强电压和电流,如暴露在高强度的EMI下。2024/8/10 周周六六39共模模式的参数n不平衡的中心抽头(PHY侧):用L1来描述线圈两边的不平衡。对于理想变压器,中心抽头在线圈的中间,L1=0.n中心抽头不平衡产生的两个影响:一是L1随着频率增加阻抗增加,限制了通过中心抽头减小共模电流的作用二是对于差分信号差生不平衡的影响,引起差模-共模以及共模-差模转换。这会增加辐射和敏感度。2024/8/10 周周六六40共模模式的参数n中心抽头连接电
14、感L1,增加中心抽头连接阻抗,主要决定于布线的情况。不会在中心抽头处产生信号间转换,但明显降低了100MHz以上的共模抑制性能。n此电感典型值是10nH2024/8/10 周周六六41共模模式的参数n中心抽头电容容值:如果容值用0.1uF,与10nH串联电感在5MHz发生谐振。在谐振频率以上,中心抽头连接的阻抗主要体现为感性。使用不同的中心抽头电容可以获得不同的谐振频率,但最好保证感值L最小。2024/8/10 周周六六42共模模式的参数n初次级线圈间电容,为了消弱变压器的共模传输性能,应该尽可能减小此电容容值。但不幸的是,在EMC所关心的频率范围内,很难保证此容值足够小而提供有效地共模抑制。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- RJ45 变压器 工作 原理 设计 指南 总结
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【快乐****生活】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【快乐****生活】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。