RJ45网口变压器工作原理与设计指南综述
网络变压器的作用
网络变压器的作用、原理及主要参数前言图1 所示的网络变压器(Ethernet Transformer，也称数据汞/网络隔离变压器) 模块是网卡电路中不可或缺的部分，它主要包含中间抽头电容、变压器、自耦变压器、共模电感。
该变压器一般都安装在网卡的输入端附近。
工作时，由收发器送出的上行数据信号从络变压器的Pin16-Pin15 进入，由Pin10-Pin11 输出，经RJ45 型转接头，再通过非屏蔽双绞线送往服务器;服务器送来的下行数据信号经另一对非屏蔽双绞线和RJ45 型转接头，由Pin7-Pin6 进入，由Pin1-Pin2 输出，然后送到网卡的收发器上。
本文将主要分析网络变压器的原理、主要参数及实现的功能。
Ethernet Transformer 主要实现以下三个功能：1.满足IEEE 802.3 电气隔离要求2.无失真传输以太网信号3.辐射发射的抑制电气隔离任何CMOS 制程的芯片工作的时候产生的信号电平总是大于0V 的(取决于芯片的制程和设计需求)，PHY 输出信号送到100 米甚至更长的地方会有很大的直流分量的损失。
而且如果外部网线直接和芯片相连的话，电磁感应(打雷) 和静电，很容易造成芯片的损坏。
再就是设备接地方法不同，电网环境不同会导致双方的0V 电平不一致，这样信号从 A 传到B，由于 A 设备的0V 电平和 B 点的0V 电平不一样，这样可能会导致很大的电流从电势高的设备流向电势低的设备。
网络变压器把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连接网线的另外一端。
这样不但使网线和PHY 之间没有物理上的连接而换传递了信号，隔断了信号中的直流分量，还可以在不同0V 电平的设备中传送数据。
网络变压器本身就是设计为耐2KV~3KV 的电压的。
也起到了防雷保护作用。
有些朋友的网络设备在雷雨天气时容易被烧坏，大都是PCB 设计不合理造成的，而且大都烧毁了设备的接口，很少有芯片被烧毁的，就是变压器起到了保护作用。
网络变压器原理、制程、测试及可靠性介绍
李老师 2017.5.15
以太網磁性元件工作原理/應用介紹
*網路變壓器/濾波器(10/100/1000BASE-T)在乙太網電 路中起著信號的轉輸/阻抗匹配/濾波/信號干擾抑制等 作用,它的品質性能,直接影響整個網路系統的運行(包 括信號的傳輸速度/距離/信號失真等)功能。
注：生產上可能因Lk過大/線圈間距離進近或隔離不足等形成不良。
10/100BASE-T SCHEMATIC
1CT:1CT
1
16
TD1 2
TX1
3
14
15
1CT:1CT
6
11
RD1 7
RX1
8
9
10
李老师编辑
以太網磁性元件10/100/1000BASE-T介紹
什么是1000BASE-T(GIGABIT)?
1000BASE-T(通過銅線進行
1000BASE-T SCHEMATIC
整线
浸锡
综合测试
高压测试
补焊
视检
Hale Waihona Puke 清洗 烘烤李老师编辑以太網磁性元件工藝流程介紹
成品工藝流程:
灌胶
抽真空
烘烤
印字
Hi-Pot 整脚
视检
PIN 脚镀锡
AIR REFLOW
综合测试
PIN投影
FQC
李老师编辑
以太網磁性組件測試介紹
11、Insertion Loss (插入損耗):能量通過介質，在介質中所損失的能量。
1CT:1CT
1CT:1CT
1CT:1CT
1CT:1CT
TD4- 12
TD3- 9 TCT4 10 TD4+ 11
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。
变压器技术、原理和产品使用说明
变压器技术、原理和产品使用说明嘿，朋友！今天咱们来好好唠唠变压器这个超酷的东西。
变压器啊，那可是电力系统里的大明星。
我有个朋友叫小李，他刚开始接触电力知识的时候，对变压器那是一头雾水。
他就问我：“这变压器到底是个啥玩意儿，咋就能把电变来变去的呢？”我当时就特兴奋地跟他讲起来。
变压器的原理其实就像是一个魔法盒。
你看，变压器有两个线圈，一个叫初级线圈，一个叫次级线圈。
这就好比是两条不同的道路，电流就像是在路上跑的小汽车。
当初级线圈里有交流电通过的时候，就会产生一个磁场，这个磁场啊，就像是一阵无形的风。
这阵“风”呢，会吹到次级线圈上，然后次级线圈就会产生感应电动势，这就有了电。
简单吧？就像你在这边摇一个铃铛，铃铛的声音能让另一个铃铛也跟着响起来一样神奇。
那变压器的技术可就复杂多啦。
我认识一个老师傅，在变压器厂干了几十年。
他跟我说，制造变压器就像是精心打造一件艺术品。
从选择铁芯材料开始，就必须得挑那种导磁性能特别好的，就像我们挑水果得挑最甜最大的一样。
铁芯的形状和结构也很有讲究，要是设计不好，就像盖房子地基没打好，整个变压器的性能都会大打折扣。
然后是线圈的绕制，那得一层一层、整整齐齐的，不然就像一团乱麻，电流在里面跑都会迷路呢。
咱们再说说不同类型的变压器产品。
有一种叫配电变压器，这可是我们日常生活中经常能见到的。
小区里啊，电线杆子上那个方方正正的大铁盒子，很可能就是配电变压器。
它的任务就是把从变电站送来的高压电变成我们家里能用的220伏电。
我记得有一次，小区停电了，大家都在楼下焦急地等着。
维修师傅来了之后，就直接奔向那个配电变压器。
他检查的时候还嘟囔着：“这小家伙可不能出问题啊，不然大家都没法过日子咯。
”还有一种是电力变压器，这可就是个大家伙了，一般在变电站里。
它们承担着把发电厂发出来的电进行升压或者降压的重任。
你可以想象一下，如果没有电力变压器，发电厂发出来的电怎么能顺利地送到千里之外的城市呢？那简直就是不可能的事儿。
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
2020/8/11
11
非理想参数
有限的磁导率
2020/8/11
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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2019/1/26
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。
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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
2019/1/26 3
简介
变压器的构成： 脉冲（隔离）变压器 共模电感 自耦变压器 电容 电阻 封装/结构（集成变压器中的连接器管脚和走线）
2019/1/26
4
简介
典型的以太网口电路
2019/1/26
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差模传输特性
2019/1/26
6
差模传输特性
主要考虑差模参数。频率范围考虑从1MHz到 100MHz（CAT5E）和250MHz（CAT6） 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
2019/1/26
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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
2019/1/26
17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）
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。
2019/1/26
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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。
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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。
2019/1/26
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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
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。
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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。
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）
2019/1/26
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。
2019/1/26
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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
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差模传输特性
R2
环形磁芯上的自感和互感
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9
差模传输特性
变压器的线路符号
阻抗的转换
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差模传输特性
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频率响应
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共模传输特性
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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： 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。 对于某些收发器提供一个直流偏置电压或功率源
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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。
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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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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。
磁芯的磁化和饱和
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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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非理想参数