RJ45网口变压器工作原理与设计指南
网络接口(RJ45)布线设计简要说明
在嵌入式工控系统中，常用的是10Mbps/100Mbps网络接口。
但是由于CPU 快速的发展，1000Mbps网络也开始在嵌入式系统中使用。
它们的通讯频率都是100BASE-TX标准：125MHz。
英创公司的ESM6802嵌入式主板，可以提供1000Mbps网络接口，符合1000BASE-T（IEEE802.3ab）标准。
对于10Mbps/100Mbps兼容网络，有2对差分信号线，TX（TX+、TX-）和RX（RX+、RX-），信号TX与RX是相互独立的信号线。
对于英创公司提供的1000Mbps网络，可以向下兼容10Mbps/100Mbps网络，使用4对差分信号线，数据传输时，会使用全部4对差分信号线。
所以对于PCB 走线，要求更高。
然而不少的客户在对以太网端口进行布线设计时，并没有按照以太网信号的差分、阻抗要求进行设计，或者没有考虑网络端口的ESD相关问题，最终导致一部份设备会出现无法预期的异常，或出现损坏率很高的情况。
这篇文章会基于英创公司的嵌入式工控主板接口，简单描述网络接口设计时需要注意的地方，以提高产品的稳定与可靠性。
1、网络信号走线要求同于网络通讯常用的UTP CAT5e网线，在1Mhz-100Mhz频率下，为100欧阻抗，所以为了得到更好的信号传输特性，PCB板上的每对差分信号线也需要设计/生产为100欧阻抗。
例如，在ESMARC EVB V5.0中，每对网络差分信号线的线宽为7mil，线距为8mil，在PCB加工生产说明文档/邮件中，就提出阻抗要求：(线宽-线距-线宽)7mil-8mil-7mil，阻抗100欧。
一般情况下，PCB厂家会根据你的要求，重新调整铜皮，使信号线的阻抗在要求值的+/-10以内，即可满足要求。
为了保证高频差分信号线上的信号相位差足够小，需要尽可能保证每一对差分信号线长一致，或控制最大线差长度。
对于网络通讯信号线，将信号线最大长度差控制在+/-25mil以内即可。
网络变压器的应用原理图
网络变压器的应用原理图概述网络变压器是一种被广泛应用于计算机网络设备中的电子元件。
它主要通过变换输入电压使其适配于不同的电子设备，同时隔离线路，保证信号的稳定传输。
本文将详细介绍网络变压器的应用原理图。
1. 主要组成部分网络变压器通常由以下几个主要组成部分构成：•输入线圈（Primary winding）：接收输入电压信号并进行变压。
•输出线圈（Secondary winding）：输出变压后的电压信号。
•铁芯（Core）：用于增强和集中磁通。
•绝缘材料（Insulation material）：隔离输入线圈和输出线圈，确保信号传输的稳定性。
2. 工作原理网络变压器的工作原理可以概括为以下几个步骤：1.当输入电压被施加在输入线圈上时，产生的磁通通过铁芯传递给输出线圈。
2.铁芯的存在增强了磁通的传导效率，进而使输出线圈上产生电磁感应。
3.输出线圈的电磁感应进一步变压并输出适配后的电压信号。
3. 应用场景网络变压器在计算机网络设备中被广泛应用，主要用于以下几个方面：3.1 信号的隔离和变换网络变压器能够隔离流经输入和输出线圈的电路，从而避免干扰和噪声的影响。
同时，它还能够将输入信号变换为适配不同设备的输出信号，保证了信号传输的稳定性和准确性。
3.2 电源适配由于不同的电子设备对电压的要求不同，网络变压器可以通过变压功能来适配不同的电源电压要求，确保设备的正常工作。
3.3 数据传输在计算机网络中，网络变压器用于数据传输时的电平转换和保护。
它可以将高电平信号转换为低电平信号，同时承担保护作用，确保数据的完整性和稳定传输。
4. 总结网络变压器是计算机网络设备中必不可少的组成部分，它通过变压和隔离功能，确保了信号传输的稳定性和准确性。
它的应用范围广泛，包括信号的隔离和变换、电源适配以及数据传输等方面。
在未来的发展中，随着计算机网络的不断发展，网络变压器将继续发挥重要作用。
以上是网络变压器的应用原理图的相关内容，希望对您有所帮助。
网络变压器的介绍分类及工作原理
⽹络变压器的介绍分类及⼯作原理1、⽹络变压器的介绍⽹络变压器也被称作“数据汞”，也可称为⽹络隔离变压器。
它在⼀块⽹络接⼝上所起的作⽤主要有两个，⼀是传输数据，它把PHY送出来的差分信号⽤差模耦合的线圈耦合滤波以增强信号，并且通过电磁场的转换耦合到不同电平的连接⽹线的另外⼀端；⼀是隔离⽹线连接的不同⽹络设备间的不同电平，以防⽌不同电压通过⽹线传输损坏设备。
除此⽽外，数据汞还能对设备起到⼀定的防雷保护作⽤。
它主要⽤在⽹络交换机、路由器、⽹卡、集线器⾥⾯，起到信号耦合、⾼压隔离、阻抗匹配、电磁⼲扰抑制等作⽤。
⽹络变压器⽤于交换机和⽹卡的设计拓扑图：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。
2、⽹络变压器分类产品依据结构类型，可以分为两类:a. 离散性⽹络变压器(DiscreteLAN Magnetics Module)；b. 内部集成磁性变压器模块的RJ45连接器 (RJ45 Connector with Integrated Magnetics,ICMs);产品依据客户焊接类型，可以分为两类:a. 表⾯贴装元件 (SMT,Surface Mount Type)b. 插件元件 (TH,Through-Hole Type)产品依据传输速率，可以分类四类:a. 10Base-T,b. 10/100Base-T,c. 1000 Base-T,d. 10G Base-T.(Base-T: Baseband，双绞线对。
简⽽⾔之，Base-T是⼀种以bps速率⼯作的局域⽹（LAN）标准，它通常被称为快速以太⽹，并使⽤UTP（⾮屏蔽双绞线）铜质电缆。
快速以太⽹有三种基本的实现⽅式：Base-FX、 Base-T、和1Base-T4。
每⼀种规范除了接⼝电路外都是相同的，接⼝电路决定了它们使⽤哪种类型的电缆。
网络变压器原理
网络变压器原理
网络变压器是一种用于传输、分配或转换电能的装置。
它通过将输入电源的电压和电流变换到不同的电压和电流，以满足其他设备的需求。
网络变压器的工作原理基于电磁感应。
它由一个主线圈和一个副线圈组成。
当主线圈中有电流通过时，会在副线圈中产生磁场。
根据电磁感应定律，这个磁场会引起副线圈中的电流产生变化。
副线圈上的电压取决于主线圈和副线圈之间的匝数比例。
通过调整主线圈和副线圈的匝数比例，可以实现输入电压到输出电压的变换。
如果主线圈的匝数比副线圈少，那么输出电压将比输入电压小；反之，如果主线圈的匝数比副线圈多，输出电压将比输入电压大。
此外，网络变压器还可以通过改变输入电流和输出电流之间的匝数比例来变换电流。
当匝数比例大于1时，输出电流会比输入电流大；当匝数比例小于1时，输出电流会比输入电流小。
网络变压器的主要应用包括电力输送、电力配送、电子设备的供电等。
它的优势在于能够实现电能的高效传输和转换，同时还能提供电气隔离和安全保护。
RJ45网口变压器工作原理及设计指南
要求。
高效率与低能耗
随着环保意识的不断提高，未来 RJ45网口变压器需要不断提高效 率、降低能耗，以实现绿色环保
的发展目标。
多功能与智能化
未来RJ45网口变压器需要具备更 多的功能和智能化特性，例如集 成滤波器、防雷击等，以满足网 络通信设备对信号质量、安全可
02
市场竞争格局变化
随着技术的不断进步和市场需求的不 断变化，RJ45网口变压器的市场竞争 格局也将发生变化，将会有更多的企 业加入到这个市场中。
03
行业标准与规范不断 完善
为了规范市场和促进行业发展，相关 行业标准和规范将不断完善，从而推 动RJ45网口变压器行业的健康发展。
未来发展方向
微型化与集成化
材料选择
选用优质绝缘材料和高导磁材料，以 减小能量损失和电磁干扰。
04
RJ45网口变压器性能测试与 优化
测试方法与标准
测试方法
通过使用网络分析仪、信号发生器和示波器等设备，对RJ45网口变压器的电气性能进行测试，包括插 入损耗、回波损耗、阻抗匹配等参数。
测试标准
依据国际和国内的相关标准，如IEEE 802.3和GB/T 18890等，对RJ45网口变压器的性能进行评估和 比较。
常见应用场景
家庭网络
家庭中常见的路由器、交换机、调制解调器 等网络设备上，通常都会使用到RJ45网口变 压器。
办公网络
办公室中的电脑、服务器、打印机等设备通过网线 连接时，也需要使用到RJ45网口变压器。
工业网络
工业控制系统中，各种传感器、执行器、 PLC等设备之间的通信，也需要用到RJ45网 口变压器。
网络变压器的应用原理
网络变压器的应用原理1. 什么是网络变压器网络变压器是一种电子元器件，它是一个用来转换电源电压的装置。
网络变压器可以利用电磁感应的原理来实现输入电压和输出电压之间的变换。
它通常由一个铁心和几个绕组组成。
2. 网络变压器的工作原理网络变压器的工作原理基于电磁感应的原理。
它包括一个输入绕组、一个输出绕组和一个铁芯。
输入绕组和输出绕组通过铁芯连接在一起，铁芯用来增加磁感应强度。
当输入绕组中的电流改变时，它会产生一个变化的磁场。
这个变化的磁场会通过铁芯传递到输出绕组中，从而在输出绕组中产生一个电流。
由于输入绕组和输出绕组的匝数不同，所以输入电压和输出电压也不同。
通过控制输入电流和输出电流的比例，网络变压器可以实现电源电压的升降。
输入绕组的匝数越大，输出绕组的匝数越小，输出电压就会越高。
反之，输入绕组的匝数越小，输出绕组的匝数越大，输出电压就会越低。
3. 网络变压器的应用网络变压器在电子设备和电力系统中有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：•电力系统：网络变压器在电力系统中起到很重要的作用。
它们被用于将高压输电线路的电压降低到适合家庭和工业用途的电压。
同时，网络变压器也被用于电力系统中的调节和稳定电压。
•通信系统：网络变压器在通信系统中也很常见。
它们被用于将输入的电压转换为适合通信设备使用的电压。
通信设备通常需要较低的电压，而网络变压器可以将高压转换为低压并确保稳定的供电。
•电子设备：网络变压器也被广泛应用于各种电子设备中。
例如，电脑、电视、音响和手机等设备都使用了变压器来提供合适的电压。
变压器帮助保护设备免受过高或过低的电压损坏，并确保它们能够正常运行。
•照明系统：网络变压器还被用于照明系统中。
它们通过升压或降压来确保灯具获得正确的电压，以保持正常的工作状态。
•工业控制系统：在工业控制系统中，网络变压器被用于提供合适的电压和电流以支持各种设备和机器的运行。
4. 网络变压器的优点网络变压器具有以下几个优点：•电压变换：网络变压器能够将输入电压转换为适合不同设备和系统的输出电压，提供了灵活性和方便性。
网络变压器工作原理
网络变压器工作原理
网络变压器是一种将电能进行变压或隔离的电器设备。
其工作原理主要基于法拉第电磁感应定律以及互感现象。
网络变压器由两个绕组组成，其中有一个称为“主绕组”，另一个称为“副绕组”。
主绕组通常与电源相连接，而副绕组则与负载设备相连接。
当电流通过主绕组时，它会产生一个电磁场。
根据法拉第电磁感应定律，这个变化的磁场会在副绕组中产生一个感应电动势。
这个感应电动势将导致副绕组中的电流流动。
根据互感现象，主绕组和副绕组的电磁场是相互耦合的，因为它们彼此靠近并通过铁芯连接。
这种耦合使得主绕组中的变化电流能够有效地传递到副绕组中。
通过改变主绕组和副绕组的匝数比例，网络变压器可以实现输入电压与输出电压之间的变换。
如果主绕组的匝数比副绕组大，输出电压将会降低；如果主绕组的匝数比副绕组小，输出电压将会升高。
此外，网络变压器还可以提供电气隔离，使输入电路与输出电路相互隔离，从而确保用户的安全性。
总之，网络变压器通过利用法拉第电磁感应和互感现象，将输入电压变换为输出电压，并提供电气隔离，实现了电能的传递和变换。
RJ45网口变压器工作原理及设计的指南
2020/8/LCT，△L，C12降低了共模衰减。△L产生了 差模——共模转换 因为LCT + △L≠0，所以中心抽头上存在共模电
压。 共模电压在线缆上驱动共模电流，产生辐射。
2020/8/11
网口变压器
简介 差模传输特性（功能性特性） 共模传输特性（EMI抑制特性）
2020/8/11
1
简介
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。
降 振荡幅值和阻尼系数决定于
LL，CD，R2。（假设源阻抗 可以忽略）
2020/8/11
18
频率响应
脉冲峰值的响应曲线如右 图
响应主要决定于磁化电感 和负载阻抗R2
漏感远小于磁化电感，可 以忽略
分布电容可以忽略，因为 电流不经过此电容
负载电压随时间指数降低
2020/8/11
19
频率响应
2020/8/11
8
差模传输特性
R2
环形磁芯上的自感和互感
2020/8/11
9
差模传输特性
变压器的线路符号
阻抗的转换
2020/8/11
10
差模传输特性
磁芯的磁化和饱和
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11
非理想参数
有限的磁导率
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12
非理想参数
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。
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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。
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25
变压器参数总结
主要功能性（差分）参数：变比；磁化电感（开 路电感）；插入损耗；回返损耗（与所有差分参 数有关） 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 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。
2016/6/16
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共模模式的参数
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。 线缆侧中心抽头电容的不平衡，与之前△L1类似，
也有差模转共模和增加阻抗的影响。
2016/6/16
45
正确认识所谓的共模端接
关注线缆侧中心抽头连接以及所谓的共模端接。 在典型的以太网应用中，并没有明显的差模/共 模混合传输模式的信号激励源。 对这种模式信号进行端接可能会影响EMI，但这 种传输模式并不是EMI的主要源。 所谓的共模端接并没有端接真正的共模信号。 此端接的效能主要决定于系统设计，不能简单的 认为此端接会提升EMI性能还是降低EMI性能。 需要考虑如下两点：一是成本和益处；二是有可 能为共模噪声提供一个绕过共模电感的路径。
绕线电阻
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，0<k<1。漏 磁和绕线技术和磁芯形状有关。
2016/6/16
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非理想参数
分布电容：绕线和磁芯之间的耦合，相邻绕线间的耦合
线圈间电容：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。
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正确认识所谓的共模端接
高压电容连接到噪声源点会增加线缆的共模电流 和辐射，如图。参考平面如果不是理想的0V，高 频的共模电流会绕过共模电感流到外部线缆上， 引起辐射。
2016/6/16
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电流驱动型PHY
为什么2线共模电感不能放置于于电流驱动形PHY 的PHY侧。如图，当有意信号的瞬时电流走在其 中一个线圈或者在两个线圈中电流方向相同的时 候，在磁芯中没有磁力线抵消，此电感会对这个 有意信号产生一个高阻抗，从而影响有意信号。
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以太网线的传输模式
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。 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
网口变压器
简介 差模传输特性（功能性特性） 共模传输特性（EMI抑制特性）
2016/6/16
1
简介
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。 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。 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bench-level测试方法来测试 变压器特性。
2016/6/16
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差分模式
不是EMI直接的原因 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 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。
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混合差模/共模模式
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非理想参数
变压器等效电路
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频率响应
降低磁化和泄露电感和分布电容可以增加频 率范围 降低磁芯损耗和绕线电阻可以降低插入损耗
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频率响应
脉冲上升的时域响应如右图 并联的磁化电感LM对于上升 沿有很大的阻抗，可以忽略 响应曲线是指数阻尼振荡下 降 振荡幅值和阻尼系数决定于 LL，CD，R2。（假设源阻抗 可以忽略）
2016/6/16
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差模传输特性
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。
理想变压器电压，电流和变比之间的关系
2016/6/16
8
差模传输特性
R2
环形磁芯上的自感和互感
2016/6/16
9
差模传输特性
变压器的线路符号
阻抗的转换
2016/6/16
10
差模传输特性
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28
以太网线的传输模式
传输模式的图示
2016/6/16
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各传输模式和EMI间的关系
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。 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EMI的主要信号。 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。
2016/6/16
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共模模式的参数
中心抽头连接电感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。 此电感典型值是10nH
2016/6/16
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共模模式的参数
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。
2016/6/16
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共模模式的参数
2线共模电感在PHY侧变压器模式的总结： 这种配置对于PHY产生的低频共模噪声有很好的 抑制作用 共模电感和中心抽头电容一起提供了有效的低频 滤波 在寄生参数CCMC，△L1以及LC1的阻抗明显增大 的频率下，EMI抑制效能明显降低。
2016/6/16
2
2016/6/16
简介
以太网变压器的功能： 满足IEEE 802.3中电气隔离的要求 不失真的传输以太网信号 EMI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。
2016/6/16
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变压器共模特性
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 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 EMI性能的测试并不容易，需要特定的测试环境 及测试夹具。 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。
磁芯的磁化和饱和
2016/6/16
11
非理想参数
有限的磁导率
2016/6/16
12
非理想参数
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。
2016/6/16
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非理想参数
2016/6/16
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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 因为LCT + △L≠0，所以中心抽头上存在共模电 压。 共模电压在线缆上驱动共模电流，产生辐射。
2016/6/16
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共模电感
对有意差分信号的传输，以及对无意共模信号的抑制，如 图
2016/6/16
18
频率响应
脉冲峰值的响应曲线如右 图 响应主要决定于磁化电感 和负载阻抗R2 漏感远小于磁化电感，可 以忽略 分布电容可以忽略，因为 电流不经过此电容 负载电压随时间指数降低
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2016/6/16
频率响应
漏感远小于磁化电感，可 以忽略 响应曲线是指数阻尼振荡 下降 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。
2016/6/16
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共模模式的参数
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. 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。