RJ45网口变压器工作原理及设计指南教学提纲.ppt

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1、RJ45网口变压器工作原理及设计指南简介以太网变压器的功能：满足IEEE802.3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datasheet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。2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）3简介典型的以太网口电路4差模传输特性2021/8/35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2

2、50MHz（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6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7差模传输特性环形磁芯上的自感和互感R28差模传输特性变压器的线路符号阻抗的转换9差模传输特性磁芯的磁化和饱和10非理想参数有限的磁导率11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

3、涡旋电流的流动。12非理想参数绕线电阻漏磁：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

4、系数决定于LL，CD，R2。（假设源阻抗可以忽略）17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18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。19频率响应20共模传输特性2021/8/321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22非理

5、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。23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。24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

6、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。25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datasheet中的电路图来判断抑制效能，现在的datasheet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。26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

7、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27以太网线的传输模式传输模式的图示28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