目录

1 网络变压器的作用

2 网络变压器内部构成

3 网络变压器的选择

1 网络变压器的作用

        在有线局域网中，服务器，路由器，集线器，计算机等设备之间的互相通信，是用连接他们的电缆和双绞线来实现的，但是由于连接电缆和双绞线很长，最长的可达一百米，直接将处在两地的电子设备连接起来会带来很多问题。

        首先，两地的地电位不同，在连接线两端会形成频率极低的缓变电压，缓变电压将直接加在处在两地的设备内部网卡的集成电路芯片上，导致集成电路芯片可能被烧坏。

        其次，近百米的长线相当于一根很长的天线，外界的电磁干扰（包括幅度高达数千伏的雷电干扰）会通过长线进入网卡，可能会使被传送的数据信号产生误码，甚至击穿集成电路芯片。

        再次，服务器等设备内部的开关电源，时钟信号发生器等产生的电磁噪音，将通过长线向周围空间发射，形成对其他电子仪器的干扰源。

        最后还有阻抗匹配的问题，电缆和双绞线的特性阻抗都是固定的，要求与它们连接的数据信号源内阻和负载电阻与长线的特性阻抗相匹配，否则长线两端将因阻抗失配产生反射干扰信号，也会使被传送的数据信号产生误码。

        加上近年来又对网线提出了一项额外的任务要求，利用长线将甲地多余直流电源，向处在异地的电子设备供电，显然采用直线连线的方式，这些问题都解决不了，更无法完成新加的任务。

        经过工程师们经年长期的研究发现，如果在连接线两端与半导体集成电路负载电阻连接处各加上一个变压器，则上述问题可以得到完美解决。而这个变压器就是我们的网络变压器。

2 网络变压器内部构成

        网络变压器的构成有如下几种：

        1.只有T件

                此类变压器接法如下：

        下图为网络变压器阻断EMI在其初级-次级线圈之间互相传播的示意图。从图中可以看出，在Pin6和Pin4上EMI电压的波形完全相同，它们在次级上、下两个线圈中引起的电流大小相等，方向相反。两电流在磁环内引起的磁通变化互相抵消了。磁通变化为零，意味着次级上、下两个线圈呈现的感抗为零，可以用两根短路线代替它们。EMI通过两根短路线、中间抽头、R1-C1串联电路将UTP上感应到的EMI泄放到地上，因而减少了由UTP传送到网卡上EMI的幅度。

        2.由T件和K件组成，K件对有用的数据电压信号没有衰减作用，但可以进一步衰减共模EMI干扰。

        下图所示为K件衰减EMI的示意图。来自UTP的EMI加在Pin6、Pin4之间，实心箭头为EMI电流的流向。从图中可以看出，EMI电流经过K件上、下两个线圈时，其方向相同：两个电流都流向同名端黑点。它们在K件磁环内部引起的磁通变化互相叠加。K件呈现的感抗ZL将按式ZL=2ΠfL随着频率f的上升而线性增加，其中L为K件的电感，此电感量约为10uH。

        K件放置线路侧虽然可以较好的抑制EMI干扰，但是由于增加了共模电感的阻抗，会影响到变压器中心抽头的75R端接效果，所以对于电压型的PHY，一般选用共模电感在PHY侧的网络变压器。另外，若使用POE，共模电感在线路侧会因为POE的供电电流而导致磁饱和，使得共模抑制效果大大降低，所以POE场景也不能使用共模电感在线路侧的变压器。

        对于电流型的PHY，则不能将共模电感放置在PHY侧，如下图，当正常数据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，此电感会对这个正常信号产生一个高阻抗，从而影响正常信号的传输。

        3.由T件和三线串环K件组成，这种网络变压器的K件是由次级线圈的两个端点和中间抽头的三根引线一起并行在 K件磁环上穿绕同样匝数而得到的。

        这样绕制的 K件，针对差分线上的共模EMI电流，它呈现的感抗接近零。下图所示为差分线上的共模EMI电流通过的路径检测三线穿环K件电感的电路图。在电路中画出了来自电桥检测信号电流的路径和方向。从图中可以看出，K件磁环上两个端点引线上的电流之和与中间抽头引线上电流的大小相等，方向相反。三个电流在K件磁环内引起的磁通变化互相抵消了。磁通变化为零，意味着三组线圈呈现的电感为零，共模干扰抑制作用几乎没有。

        若将三线共模电感放置在PHY侧，则适合电流型PHY芯片的场景。中心抽头供电的电流与信号线圈上的电流相互抵消，减小共模电感的阻抗，保证工作信号的正常。

        4.由T件、K件和自耦变压器组成，其中自耦变压器电感量通常在1.5~2.0mH，增加自耦变压器的目的是为了消除K件对阻抗匹配的影响。

        下图为网络变压器传送数据电压信号的示意图。在图中标出了数据信号的电流方向。从图中可以看出，信号电流经过自耦变压器上、下两个线圈时，其方向相同，两个电流都从同名端黑点流向对方，它们在A件磁环内部引起的磁通变化互相叠加，因此A件呈现的感抗很大，不会影响正常数据的传输。

        下图为网络变压器传送EMI的示意图。图中标出了EMI电流的流向。从图中可以看出，EMI在A件上、下两个线圈中的电流，其大小相等，方向相反，它们在A件磁环内部引起的磁通变化互相抵消了。A件呈现的感抗接近零，可用两根短导线代替其上、下两个线圈。UTP上感应到的EMI电流将通过中心抽头、R1-C1串联电路泄放到地线上，因而减少了由UTP传送到网卡上的EMI幅度。A件泄放EMI的作用与T件次级线圈相同。

3 网络变压器的选择

        根据以上分析，整理出下表，在选用以太网变压器时，可做参考：