器件基础知识2

器件基础知识（2.4 变压器）2.4 变压器2.4.1 基本概念通讯网接口变压器完全属于OSI模型的物理层范畴，是一种广泛用于电讯网络设备、终端网卡等的变压器集成模块。

网络变压器的基本构成为隔离变压器，以完成网变的核心功能——信号隔离及变换。

但目前随着制造工艺和应用技术的发展，为提高传输距离、传输带宽或集成度，制造商们在基本隔离变压器的输入输出两侧，不断地增加新的功能单元（如无源带通滤波器、共模抑制、阻抗匹配、连接器等），组成网络变压器模块。

可见，网络变压器功能主要有：隔离，电压变换，阻抗匹配。

实际变压器是含有铁损、铜损和漏磁等因素的变压器，可以用以下等效电路图来表示图1.1其中Rg=信号源内阻Eg=信号源开路电压Rp=初级直流电阻Rs=次级直流电阻RL=负载电阻RC=磁芯电阻，表示磁芯损耗Cp=初级分布电容Cs=次级分布电容Cps=绕组间电容Lp=初级电感Ls=次级电感Lp1=初级漏感Ls1=次级漏感网络变压器的主要指标：一般参数•匝比：n NpNs，Np=初级匝数，Ns=次级匝数是变压器的关键指标，决定信号变比和阻抗匹配关系。

•直流电阻：绕组线圈的电阻。

引起损耗。

•分布电容：线圈匝与匝之间具有的电容。

对谐振频率有影响。

•绕组间电容：初级与次级之间具有的电容。

影响长距离传输耦合能力。

•初级/次级电感：指初级/次级耦合到次级/初级的电感量。

•初级/次级漏感：指初级/次级没有耦合到次级/初级的电感量。

对上升时间等传输参数造成影响。

从等效电路图中可以看到，低频时，电感量是决定应用下限频率的主要因素。

传输参数受Lp、Ls、Rc、Rp、Rs的影响。

高频时电容和漏感是决定应用上限频率的主要因素。

传输参数受Lp1、Ls1、Cp、Cs、Cps的影响。

主要传输参数•上升时间（RT）：指脉冲信号从10%上升到90%所需时间。

•ET（VOLT-SECOND PRODUCT）：加在变压器初级的电压和电流达到线性值1.5倍的时间的乘积，反映了磁芯的易饱和程度。

•插入损耗：指信号在变压器上的损耗，用输入输出功率之比来表征。

•回波损耗：指变压器某绕组在其他绕组接上负载后出现的阻抗失配度，用输入和反射功率之比表征。

•共模抑制比：对共模信号的抑制度。

用共模信号的输入输出比表征。

•串音衰减：指不同信号通路之间的能量耦合度。

用传输电压和耦合电压之比表征。

潮湿敏感等级与其他SMD器件一样，SMD网络变压器具有潮湿敏感等级。

如果不按照等级进行贮存和使用，器件受潮后，过回流焊时内部水汽膨胀，会出现爆米花现象，降低器件的工作可靠，甚至导致直接失效。

潮湿敏感2级以上的器件，必须有防潮包装，如真空袋。

拆封后要严格按照等级要求进行存贮。

目前我司的SMD网络变压器基本属于3级敏感器件（即，拆封后在≤30℃/60%RH的条件下，只能存放一周），少数属于4级敏感。

2.4.2 分类根据我司对通讯网接口变压器的实际使用情况及通信网的发展方向，我们可按应用分为：（1）通信用变压器，包括•T1/E1/CEPT/ISDN-PRI变压器：用于T1/E1信号收发器的对外接口, 进行信号隔离和变换，其内部构成比较基本。

这种使用广泛存在于公司的各个产品，是目前我司最大的用途；•T3/DS3/E3/STS-1变压器•ISDN-S口变压器•ISDN-U口变压器（2）网络用变压器，包括•10BASE-T接口变压器用于10BASE-T以太网收发器的对外双绞线型接口, 进行隔离和变换，部分内嵌有无源带通滤波、共模抑制、阻抗适配;•100BASE-TX接口变压器: 用于100BASE-T高速以太网收发器的对外接口, 进行隔离和变换，基本上内嵌有无源带通滤波、共模抑制。

这个应用方向应是将来的重要领域；•155ATM网络变压器•其他以太网变压器2.4.3 应用注意点（一）T1/E1选用时除了匝比等主要参数外，还需要考虑ET、平衡特性、共模抑制比、回损、串扰(多路变压器），另外还要考虑安全性能，如耐电压能力、易燃性等。

•初次级电感：变压器的带宽决定于初次级的电感量。

一般电感量为1mH。

•ET：ET定义了磁芯饱和所需的时间。

一般要求15V-μS。

•绕组间电容：变压器的长距离传输能力主要取决于绕组间电容。

一般要求小于30pF。

•平衡特性：纵向平衡（Longitudinal balance）表示线路抑制纵向信号（如共模）的能力。

取决于变压器的绕线对地的对称性。

•回损：根据ITU-T规定，变压器必须满足接口最小回损要求，变压器回损最小值应该大于接口回损极限。

受到保护电路和实际电路阻抗的影响，回损会增加，这时设计者要根据实际情况调节电阻，以达到良好的阻抗匹配。

•安全标准：••ETS 300 046-3要求变压器有1KV以上的隔离电压能力。

G.703的过脉冲幅度正在讨论中。

现在生产厂家可以提供1.5KV到3.0KV绝缘电压（初次级间）的变压器。

变压器还有耐冲击电流能力的要求，包括引脚到地（longlitudinal voltage ）和引脚之间（metallic voltage ）的冲击电流。

为了增加接口的耐过电压能力，还可以加保护电路图4.1根据市场需要选择保护电路元件的等级。

•共模电感器的应用：高频16线或4线的共模扼流线圈可以有效地抑制10M~100M的共模噪音，使产品容易达到国家或国际EMI标准。

尤其是高密度布板时。

设计时可以将共模电感和变压器连接，典型用法如下图所示。

PULSE公司提供4线或16线的插装或表面贴的共模电感。

图4.2•器件排板•图4.3✡ 让芯片和变压器 ，变压器和连接器之间的距离最小。

✡ PCB 板允许的话，建议加上共模电感。

✡ 避免TX 和RX 信号线的交叉。

✡ 根据T1/E1具体应用选择连接器。

✡ 为了满足回损和脉冲波形的要求，需要调整电路匹配电阻。

（二） LAN以10/100BASE-TX ，155M 为主。

10/100BASE-TX 以IEEE802.3（ISO802.3），802.3u 为标准，为了达到要求，需要注意以下几点： 耐压、插损、回损、串音衰减、共模抑制比、上升时间ETHERNET MEDIUM INTERFACE CONFIGURATION图4.4• 耐高压••初次级之间必须可以耐1500Vrm以上的高压。

•回损阻抗匹配遵循802.3要求，使回损在最小值以上（UTP，100±15Ω；STP ，150±15Ω）•上升时间（RISE TIME）对于100BASE-T来说，上升时间要求小于5.0ns，上升时间偏差小于0.5ns•基线摆动（BASELINE WANDER）为了补偿基线摆动，100BASE-T的变压器的初级电感（OCL）要求大于350uH（@8mA DC BIAS)•噪音的滤除有两种方法✡中间抽头的利用图4.5中间抽头不仅可以改变变压器的匝比，更重要的是可以用于抑制共模噪音。

将抽头接地（如PE-68026）或通过电容接地（如PE-68515L），对于差模信号，产生的磁场使电流相互增强，表现为高阻；对于共模信号则磁场相互抵消，表现为零阻抗，将共模信号短路到地。

一般可以在10~100Mb/S的范围内对共模信号做10dB的衰减。

图4.6有时候抽头接地是通过所谓auto-transformer来实现的，如下图，将auto-transformer的CT通过电容接地。

用auto-transformer接地，可以脱离初、次级电感，独立设计电感量，达到最佳的滤波条件。

图4.7注意：由于线缆端是高压端，因此CT应该接到机壳地，与连接器的外壳同地。

并且接地电容是要与变压器同耐压级别的。

所以在IC端CT接地可以降低成本，而且对接收端来说，在IC端滤波比在线缆端效果好。

✡共模电感如图4.5，共模电感是有效滤除共模噪音的器件，可以根据需要选择不同滤波范围的电感。

理想情况下，CT接地滤波和共模电感滤波可以达到如图4.8所示效果。

图4.8✡BOB SMITH 电路如果不用共模电感，可以用BOB SMITH 电路抑制共模噪音。

这是由Bob smith 总结改进的重茧抽头接地体系。

接在变压器线端。

由于UTP-5的共模阻抗是75欧姆，所以用75欧姆串联电阻来匹配，中间抽头通过75欧姆电阻和电容接地，将共模能量吸收。

没有信号的连接器引脚通过两个50欧姆电阻串联（即作为100欧姆负载）后到地，以免产生干扰。

这个电路可以产生10dB的EMI衰减。

图4.9✡滤波器在10MBASE中，还用在IC端加低通滤波器的方法（见图ETHERNET MEDIUM INTERFACE CONFIGURATION），以限制信号频率外的高频干扰。

现在的生产厂家把Autotransformer 、共模电感和滤波器甚至BOBSMITH电路、RJ45连接器和IC都集成在变压器中，以模块的形式提供给客户。

客户可以根据设计需要和成本来选择有不同组合，不同中间抽头（CT），AutoX'former和共模电感（CMC）个数的器件。

我司采用的LAN变压器基本属于模块型。

•器件排板✡尽量避免、减少布线的弯曲和交叉，需要90°转角时用两个45 °✡隔离有磁场的器件，以减少相互的干扰✡减小变压器和连接器的距离，建议在1inch之内，否则要加强阻抗匹配和传输线路的对称性的考虑✡减小变压器和PHY器件的距离，建议在1inch 之内。

✡输入输出的地分隔开，可以使共模电感更有效✡如果变压器模块内部设计使输出可以直线到PHY，可以减小Crosstalk✡使用带屏蔽外壳的连接器有利于EMC✡根据成本和设计需要、单板空间选择器件的CT、CMC集成情况。