以太网变压器设计参考
变压器的设计范文
变压器的设计范文变压器是一种用于将交流电能从一个电路传递到另一个电路的电气设备。
它通过电磁感应原理工作，将输入电压变换为所需的输出电压。
变压器广泛应用于输电、发电、配电和电子设备中，因此其设计非常重要。
1.确定变压器的功率需求：首先，需要确定所需的输入功率和输出功率。
输入功率是指从电源输入的功率，而输出功率则是输出给负载的功率。
这些功率决定了变压器的尺寸和材料的选取。
2.确定变压器的额定电压：根据所需的输出电压和输入电压，可以计算变压器的变比。
变比是指输入电压与输出电压之间的比值。
选择适当的额定电压可以确保系统的稳定性和安全性。
3.计算变压器的绕组参数：变压器绕组是变压器的核心部分，负责将电能从一个线圈传递到另一个线圈。
绕组的设计涉及到导线的直径、绕组的层间绝缘和绕组的电阻等参数。
这些参数需要满足电流容量、损耗和温度升高等考虑。
4.选择合适的磁芯材料：变压器的磁芯是通过电磁感应实现能量传递的关键部分。
常用的磁芯材料包括硅铁、镍铁等。
根据所需的磁通密度和工作频率选择合适的磁芯材料。
5.设计变压器的冷却系统：由于变压器在工作过程中会产生热量，所以需要设计合适的冷却系统来散热。
常见的冷却系统包括自然冷却、风冷和水冷等。
根据功率需求和环境条件选择适当的冷却系统。
6.进行电路分析和模拟：通过使用电路分析工具和模拟软件，可以模拟和优化变压器的设计。
这可以节省时间和成本，并确保所设计的变压器符合要求。
7.制作和测试样品：在进行大规模制造之前，必须制作和测试样品。
这可以帮助验证设计的正确性和可行性，并进行必要的改进。
8.进行负载和故障测试：在将变压器投入使用之前，必须进行负载和故障测试。
这些测试可以确保变压器在高负载和故障条件下的性能和安全性。
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。
基于以太网的配电变压器监测终端的设计与实现
摘要本文简要介绍了配电变压器监测终端的发展概况、以太网技术的特点以及以太网技术在电力行业方面的发展和应用，讨论了配电变压器监测终端的总体设计方案以及嵌入式以太网技术在配网终端设备上应用的可行性。
本文介绍了其系统组成、工作原理、主要元器件的应用，误差分析和主要软件的流程图等。
在此基础上着重讨论了硬件系统的核心微控制器STC89C516RD＋的特点、计量芯片ADE7758的性能以及网卡控制芯片RTL8019AS数据发送、接收的工作原理。
本课题设计的配电变压器监测终端实现的基本功能包括电压、电流、频率、有功功率、无功功率和电能的测量。
电压、电流的测量精度为0.5级，功率和电能的测量精度为1级，频率的测量精确到0.1Hz，最后通过以太网将数据上传到上位机。
作为设计的难点，考虑到本设计采用的单片机的程序存储器只有64K，数据存储器为1K字节，必须在欲实现的功能与资源之间进行权衡。
本设计综合监测终端的需求和以太网的通讯特点，从一个免费的TCP/IP协议－uIP中选取移植了5个最重要的协议：ARP、IP、ICMP、TCP和UDP。
换句话说，这5个协议的实现满足了监测终端融入ethernet的需要。
结论中如实地指出了系统存在的不足和需要改善的地方。
目前只进行了单相的电压、电流、功率和频率的测量，还需要实地测量三相电网的情况。
从测量结果和理论误差分析比较来看，电压、电流的测量结果还可以通过完善硬件设计和软件算法来提高精度。
关键词：以太网，配电变压器监测终端，STC89C516RD＋，ADE7758，RTL8019AS，uIPABSTRACTIn this paper, the development of distribution transformer supervisory terminal and characteristics of ethernet and application of ethernet technology on power industry are introduced briefly, and the collectivity design scenario of distribution transformer supervisory terminal and the feasibility in embedded ethernet technology applicated on distribution transformer supervisory terminal are discussed.The structure and work principle of distribution transformer supervisory system, application of main components, error analysis and software chart are introduced in this paper. The characteristics of key apparatus STC89C516RD＋, performance of energy meter IC ADE7758 and principle of sending and receiving data of ethernet card chip RTL8019AS are discussed importantly.The basis function of distribution transformer supervisory terminal includes the measuring of voltage, current, frequency, active power and energy, reactive power and energy. The accuracy class of voltage and current is 0.5 degree and the accuracy class of power and energy is 1 degree. Finally, data is sent to host computer by ethernet.As the difficulty of design, considering the capacity of ROM is 64K bytes and the capacity of RAM is 1K bytes in the single chip microprocessor., function supposed to implement and resources are needed to be balanced. This design colligates the demand of supervisory terminal and characteristic of ethernet. The most important five protocols, ARP, IP, ICMP, TCP and UDP , are distilled from a free protocol uIP. That is to say, the transplant of these five protocols makes distribution transformer supervisory terminal connect to ethernet.In conclusion, some problems in system are indicated faithfully. The measurement of voltage, current, power and energy in single-phase has been finished presently. However, three-phase network should also be measured on the spot. The accuracy can be improved by perfecting the hardware design and software algorithm compared measurement result to the theoretic error analysis.Key words: ethernet, distribution transformer, supervisory terminal, STC89C516RD＋ADE7758, RTL8019AS, uIP第一章绪论近几年来，随着科学技术和国民经济的发展，我国对电力的需求量日益增加，促使电力事业迅速发展，电网不断扩大，用户对供电可靠性的要求也越来越高。
以太网PHY无变压器设计原理
以太网PHY 无变压器设计方法与原理目录1 引言......................................... 2.2 工作原理..................................... 2...3 硬件设计及相关参数计算....................... 3..3.1 隔直电容的选择 (3)3.2 地平面的处理 (3)3.3 单板布局布线要求 (3)4 参考资料..................................... 4...1引言在传统的以太网交换产品设计中，以太网PHY后面通常会接一个1:1的变压器，主要用于信号隔离、阻抗匹配、抑制干扰等，但是由于以太网变压器的体积较大，并且会增加系统的总成本，而采用电容耦合的方式则会给设计者带来很多好处，本文主要讨论以太网PHY中采用电容耦合方式的工作原理及设计注意事项等。
2 工作原理通常情况下，信号的耦合方式可分为直流耦合和交流耦合，但是，由于以太网PHY出来的信号为差分信号，两个以太网PHY芯片的地可能没有连在一起，存在一定的电位差，为了降低两个以太网PHY之间的共模电压差对整个系统造成的影响，采用直流耦合方式显然不合适，因此一般采用交流耦合。
目前通用的以太网PHY芯片驱动方式主要分为两种：电流型、电压型，如果采用电压型驱动方式，则不需外部馈电给PHY内部的驱动器，如果采用电流型驱动，贝嚅外部馈电，具体是哪种驱动方式，需要仔细阅读芯片手册。
以BCM53118和BCM5464为例，BCM53118的内部PHY采用电压驱动方式，而BCM5464的内部PHY采用电流驱动方式，因此，当两个PHY对联时，BCM5464 需要外部馈电给内部的驱动器，即通过外部上拉电阻提供电流到内部驱动器，详细连接图见图一所示；All fcMC*-bt TMS4 HF B-吕—曰沪3 • PC «TW4 7 IK图一：BCM53118与BCM5464连接图对于百兆交换PHY 的连接，原理和千兆交换类似，以 BCM53202和LXT972 为例，BCM53202和LXT972内部的PHY 均采用电流驱动的方式，因此需要外部 馈电给内部的驱动器，即通过外部上拉电阻提供电流到内部驱动器， 详细连接见 图二所示：另外，在实际的电路设计中，最好将其中一片PHY 芯片的差分数据发送端直 接连接到另外一片PHY 的差分数据接收端，这样可以提高两片 PHY 建立LINK 状 态的效率，让两片PHY 快速进入工作模式。
以太网接口接变压器的设计与应用
以太网接口接网络变压器的设计与应用网络变压器的工作原理：网络变压器又称“数据汞”，又称网络绝缘变压器。
在网络接口中起到两个主要作用：一是通过将差模耦合和线圈耦合相结合的过滤器，增强PHY传输的差分信号的数据传输，并将电磁场转换为不同电平连接线的另一端；二是隔离线连接到不同网络设备之间的不同电平，为防止不同的电压通过网络线路传输，从而损坏设备。
此外，数据汞在设备防雷方面也可以发挥作用，主要用于网络交换机、路由器、网卡、集线器内部，起到信号通信、高压绝缘、电网变压器电阻匹配、电磁干扰抑制等作用。
网络变压器通常有两种驱动方式:电压驱动和电流驱动。
1、电流驱动方式：等效电路图如下图：图1这是一个较早的驱动程序，仅适用于10M和100M网络。
通过调整恒流源和电流的大小，可以改变载波频率。
当电流驱动方法连接到变压器时，变压器中间插头必须连接到应变电压（产生偏置和电流感）。
上拉电压由PHY芯片决定。
一般有1.8V和2.5V。
只需阅读PHY芯片的数据手册。
2、电压驱动方式：这是目前常用的控制方法，不仅可以应用于10M和100M网络，还可以应用于千兆网络。
千兆PoE网络的电源也基于这一原理，就像电压源调整电压以实现载波变化一样。
当电压驱动方法连接到变压器时，变压器的中心引脚不需要连接到电压，但可以直接连接到电容器的地。
典型的电压控制模式如下：他的等效电路如下：为什么要接网络变压器？事实上，变压器理论上不起作用，但风险太大。
电网变压器的优点如下：1.增加传输距离。
PHY芯片驱动器的功率有限，当网络线长时，信号到达接收端，信号可能会衰减到不再工作的程度。
但在添加网络变压器后，通过变压器输出，驱动能力显著提高，允许信号进一步传输；2.减少接收PHY芯片时的干扰。
接收器和发射机以及网络变压器相当于将PHY与网络线路隔离。
网络线路暴露在室外，容易受到各种干扰，无绝缘，PHY芯片的数字输出容易不稳定；3.改进PHY芯片的接收和传输终端的兼容性。
网口变压器简介(1)课件
2021/5/3
网口变压器简介(1)
7
差模传输特性
n 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。
n 理想变压器电压，电流和变比之间的关系
2021/5/3
网口变压器简介(1)
8
差模传输特性
R2
n 环形磁芯上的自感和互感
2021/5/3
网口变压器简介(1)
9
差模传输特性
n 变压器的线路符号
n 负载电压随时间指数降低
2021/5/3
网口变压器简介(1)
19
频率响应
n 漏感远小于磁化电感，可 以忽略
n 响应曲线是指数阻尼振荡 下降
n 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。
2021/5/3
网口变压器简介(1)
20
频率响应
2021/5/3
网口变压器简介(1)
21
共模传输特性
2021/5/3
网ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ变压器简介(1)
22
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： n 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。 n 对于某些收发器提供一个直流偏置电压或功率源
2021/5/3
网口变压器简介(1)
23
n 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
n 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。
2021/5/3
网口变压器简介(1)
网口变压器简介
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。
2019/6/10
2
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。
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。
2019/6/10
30
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。
2019/6/10
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）
2019/6/10
4
简介
典型的以太网口电路
2019/6/10
5
差模传输特性
2019/6/10
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）
网络变压器电路设计
对于LC并联谐振回路 Q 0C R R G 0 L
2013-8-4 Information&Communication Engineering Dept. XJTU 12
1· LC串并联谐振回路 2
S V ( ) V (0 ) 1
1 (Q
2
0
)2
归一化选频特性曲线：
↑？ Q ↑？
2013-8-4
Information&Communication Engineering Dept. XJTU
16
1· LC串并联谐振回路 2
选择性：
对同一失谐频率来说，Q值越大，选择性越好
通频带：即3dB带宽，令 S 1 2 计算可得
BW3dB 2f f 0 Q
表明：相对带宽越窄，要求回路的Q值越高。很 高频率时对Q值的要求很高。
矩形系数：
根据定义，K0.1=BW0.1/BW3dB=9.96 简单并联谐振回路的矩形系数较大，在通频带 和选择性二者之间不能兼顾。
0
0
V (0 ) 1 (Q 2
e j )2
0
其中
arctan Q
2
0
15
2013-8-4
Information&Communication Engineering Dept. XJTU
1· LC串并联谐振回路 2
选频回路的幅频特性 回路的归一化选频特性：失谐频率对应的输出电压 幅度与谐振时的输出电压幅度之比，即
用电流源激励该回路，可在回路上得到响应电压。改 变激励电流频率，可以得到该回路的频率特性。下图 为该电路的幅频特性和相频特性。
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。
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。
隔离变压器可满足IEEE802.3的绝缘要求，但不能抑制EMI。
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(EthernetTransformer，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。
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。
隔离变压器可满足IEEE802.3的绝缘要求，但不能抑制EMI。
以太网PHY无变压器设计原理
以太网PHY无变压器设计方法与原理目录1 引言 (2)2 工作原理 (2)3 硬件设计及相关参数计算 (3)3.1 隔直电容的选择 (3)3.2 地平面的处理 (3)3.3 单板布局布线要求 (3)4 参考资料 (4)1 引言在传统的以太网交换产品设计中，以太网PHY后面通常会接一个1:1的变压器，主要用于信号隔离、阻抗匹配、抑制干扰等，但是由于以太网变压器的体积较大，并且会增加系统的总成本，而采用电容耦合的方式则会给设计者带来很多好处，本文主要讨论以太网PHY中采用电容耦合方式的工作原理及设计注意事项等。
2 工作原理通常情况下，信号的耦合方式可分为直流耦合和交流耦合，但是，由于以太网PHY出来的信号为差分信号，两个以太网PHY芯片的地可能没有连在一起，存在一定的电位差，为了降低两个以太网PHY之间的共模电压差对整个系统造成的影响，采用直流耦合方式显然不合适，因此一般采用交流耦合。
目前通用的以太网PHY芯片驱动方式主要分为两种：电流型、电压型，如果采用电压型驱动方式，则不需外部馈电给PHY内部的驱动器，如果采用电流型驱动，则需外部馈电，具体是哪种驱动方式，需要仔细阅读芯片手册。
以BCM53118和BCM5464为例，BCM53118的内部PHY采用电压驱动方式，而BCM5464的内部PHY采用电流驱动方式，因此，当两个PHY对联时，BCM5464需要外部馈电给内部的驱动器，即通过外部上拉电阻提供电流到内部驱动器，详细连接图见图一所示；图一：BCM53118与BCM5464连接图对于百兆交换PHY的连接，原理和千兆交换类似，以BCM53202和LXT972为例，BCM53202和LXT972内部的PHY均采用电流驱动的方式，因此需要外部馈电给内部的驱动器，即通过外部上拉电阻提供电流到内部驱动器，详细连接见图二所示：另外，在实际的电路设计中，最好将其中一片PHY芯片的差分数据发送端直接连接到另外一片PHY的差分数据接收端，这样可以提高两片PHY建立LINK状态的效率，让两片PHY快速进入工作模式。
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(EthernetTransformer，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。
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。
隔离变压器可满足IEEE802.3的绝缘要求，但不能抑制EMI。
以太网变压器设计参考
以太網變壓器設計參考LAN FilterDesign Guideline目錄一.設計流程二.基本原理三.機構設計四.基本線路五.材料六.電氣特性七.附註設計流程圖客戶需求研讀客戶需求規格判別是否為現有標準品評估是否值得列入否新標準品而開發是否案子結束是決定機構架構與電子材料設計PCB;決定線圈繞法設計電氣特性製作產品規格製作樣品驗證樣品是否符合規格送樣DQA流程基本原理一.LAN filter其原理與一般變壓器相同,其基本原理不在此贅述IoIiVi V o ZoZiNi/No=Vi/Vo Ni/No=Io/Ii Ni/No=Zi/Zo二.LAN filter在系統上具有傳輸訊號與阻抗匹配的功能如下圖所示,LAN filter另最主要的一個功能在於其Isolation transformer可以隔離異常瞬間高壓防止customer端的IC遭受損壞.另common mode choke則有抑制EMI Noise的功能三.線路架構LAN filter依照速度可以分為下列這三種(註.現今另有10G技術正在發展中,在此暫不說明)1.10BASE-T傳輸速度為10MB(IEEE standard802.3)2.100BASE-T傳輸速度為100MB(IEEE standard802.3u)3.1000BASE-T傳輸速度為1000MB(IEEE standard802.3ab)10Base-T circuit100Base-T circuit100Base-T線路有兩組通道,各自負責輸出(Tx)與接收(Rx )接收輸出由於網路線有跳線與平行線之分別(附註一).在系統上會有AUTO-MDIX(自動判別跳線)功能,此時我們必須建議客戶使用下列線路,也就是Tx與Rx的中間抽頭必須連接在一起.此時系統會自動判別訊號並切換Tx/Rx.狀況.A接收輸出狀況.B 輸出接收1000Base-T Circuit1000Base-T線路有四組通道,可同時輸出或接收.網路線CAT5e每個通道有125MB的頻寬. IEEE802.3ab透過軟體技術,使得每個通道可以同時傳輸兩組訊號,四個通道即可達到1000MB的頻寬.輸出接收輸出接收輸出接收輸出接收機構設計LAN filter依產品接腳方式可分為下列兩種直插式(Through hole or Dip)表面貼片型元件(SMD surface-mount device)各類標準規格如下表DIP類產品在考慮客戶端PCB板厚,Pin長需為 3.00mm設計應該優先腳距2.54SMD類產品的標準腳距為1.27mm,設計時應以此腳距為先LAN filter依照封裝方式可分為Molding type與Case typeMolding type是最為業界廣為接受的封裝方式.唯現今因為系統廠為了要通過RoHS規範(附註二),必須使用較高溫的IR-Reflow製程,常使molding type有龜裂的現象.所以case type也成了解決龜裂的方法之一. Molding Type(線圈以molding compound封裝成形)如圖所示將線圈理在做為接腳的Lead frame上透過治具將molding compound灌入產品加溫加壓成型將Lead frame切彎腳即為完成品二.Case type,泛指將線圈理在已有接腳的Case內,再灌入膠。
【精品】网络变压器和连接器的设计及应用
网络变压器和连接器的设计及应用《网络变压器设计原理和连接器应用》编制：宋连康科技有限公司培训教材迁审核：核准：简介A.变压器的最基本型式包括两组,绕有导线之线圈,并且彼此以电感方式耦合一起，当一交流电流（具有某一己知频率）流于其中之一组线圈时，于另一组线圈中将感应出具有相同频率之交流电压，而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁交链之程度，变压器区分为升压与降压变压器两种，大部分的变压器均有固定的铁芯,其上绕有一次与二次的线圈。
变压器之主要构造可分为下述三项：①铁芯由：铁钴、镍等合金之导磁材料构成,作为导磁回路籍以增强电磁感应作用,提高变压器之电磁转换效率。
②线圈:以铜铝及其合金作成导电回路，围绕于铁芯之上,用来传送输入及输出之电流。
③绝缘物：包含各种固态、液态及汽态之不导电绝缘材料.如纸，纱，漆,陶瓷,树脂及N2，CO2，SF6等汽体.用以支持隔离导电回路及协助散热，冷却.2。
变压器分类：依频率分为:①高频变压器②低频变压器③音频变压器。
依材料分为：①矽钢片变压器②镍钢片变压器③IRONPOWER变压器④KOOL变压器⑤矽钢卷变压器⑥Ferrite变压器。
依功能分为:①低频电源变压器②高压变压器③线性滤波器④镇流器⑤高频电源变压器⑥电流变压器⑦DC/AC逆交变压器⑧网络变压器⑨通讯变压器⑩通信变压器(11）匹配变压器。
在通讯网络或局域网中，变压器经常被用在电路的物理层部份或模拟部份,主要起隔离、滤波、阻抗匹配以及倒相作用，优化电路以求信号在传输过程中有最小的损失从而达到最佳的信号传输效果。
近年来由于网络通讯的飞速发展,网络变压器发展尤为迅速，市场需求量十分巨大,在ISDN、10/100/1000BASET以太网、ADSL/VDSL、T1/P1上都有大量的使用。
二．变压器的基本工作原理1．器的基本原理图如(图二）,当给变压器初级绕组加上电压Ui时，在该绕组中产生电流i1，电流i1建立了沿铁芯磁路而闭合的磁通Ф0，该磁通同时也穿过次级绕组，并在次级绕组中产生感应电动势E2.按电磁感应定律可得：对于理想变压器来说:Ф1＝Ф2＝Ф0当Ui为直流电压时，磁通量Ф0的变化率趋近于0，即所以E2＝0，故变压器对直流信号相当于开路，有良好的隔离效果。
以太网变压器介绍
技术文件
技术文件名称：以太网变压器基本知识
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共 14 页 (包括封面)
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深圳市 XX 有限公司
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目录
1 概述 .........................................................................................................................................4 2 变压器原理............................................................................................................................4
RSOURCE ：信号源内阻 RS ：次级绕组线圈电阻 LLS ：次级绕组线圈漏感
RC ：磁损耗等效电阻 CD ：初次级线圈分布电容 L0 ：初次级线圈电感
第 2 页 共 14 页
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以太网变压器介绍
摘 要： 主要介绍 10M/100M 以太网变压器的工作原理，频率特性，时域特性；介绍了变压器的
一般生产工序流程、检测项目和指标；介绍了变压器的主要参数及检测方法。
关键词： 插入损耗 回波损耗（反馈损耗） 交叉干扰 分布电容 漏感
缩略语： IL RL CT DCMR
3.2.1 变压器生产检测项目：...........................................................................................9 3.2.2 厂家主要检测参数标准：.......................................................................................9 4 主要参数介绍 .....................................................................................................................10 4.1 绝缘电阻.........................................................................................................................10 4.2 线圈耐压.........................................................................................................................10 4.3 线圈匝数比..................................................................................................................... 11 4.4 直流电阻......................................................................................................................... 11 4.5 主绕组线圈电感............................................................................................................. 11 4.6 主绕组线圈漏感............................................................................................................. 11 4.7 绕组线圈分布电容：..................................................................................................... 11 4.8 插入损耗 IL....................................................................................................................12 4.9 反馈损耗（回波损耗）.................................................................................................12 4.10 交叉干扰.....................................................................................................................13 4.11 差模对共模的抑制.........................................................................................................14 5 参考资料 ..............................................................................................................................14
高速数据传输系统用网络变压器设计
Ｔ３８ 铁氧体材料的性能比较情况见图 ４ 所示。
利用 Ｔ６６、Ｔ５７ 和 Ｎ４５ 等新的铁氧体材料的优良性
能，并经过优化设计的磁心的几何形状，在同样的电气性
能指标时，可以使得变压器的结构尺寸更加小型化。采用
新型材料制成的 ＥＰＸ７ 磁心，可以替代用传统铁氧体材料
制成的 ＥＰ１３ 磁心而变压器性能不会下降。
图 １ 用于高速因特网接入网的 ＤＳＬ 调制解 调器和分离器
图 ３ 用 Ｔ３８ 铁氧体材料制成的 ＥＰ１３、ＥＰＸ７／９ 及 ＥＰ７ 磁心，在２５℃时，测得的 ＡＤＳＬ 之下行距离
2.1 磁心失真因子寻踪
的电感因子公差是一致的，而且，ＥＰＸ７／９ 磁心的电感因
用于 Ｄ Ｓ Ｌ 线路的网络变压器，减小其总谐波失真 子公差还比 ＥＰ７ 磁心的电感因子公差更严格一些。ＥＰＸ７／９ （ＴＨＤ）是提高线路传输速率的关键技术，磁心结构形状 型磁心的几何特性允许其电感因子公差与 ＥＰ１３ 相同。
ＥＰＣＯＳ 公司开发生产的 Ｎ４５ 铁氧体材料在室温下具 有更高的饱和磁感应强度 Ｂｓ。因此，在相同性能的情况 下，用其设计制作的分离器可以有效的减小体积。在印制
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·2008.07
International Documents and Reports · 国际文献报道
电路板的（ＰＣＢ）布置中，可以减小占空间面积而增加元 器件数量，最终降低了设备的成本。
图 ５ ＳＨＤＳＬ 和 ＡＤＳＬ 的关键参数
因为欧盟地区国
附注：ＳＨＤＳＬ 的上行和下行速率相等，不需要分离器。而 ＡＤＳＬ 的下行速率比上行速率快很多，必须配置 家 所 付 诸 实 施 的 电 子
分离器
和电气设备要求无铅
2.4 通讯变压器绕组骨架的优化设计
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以太網變壓器設計參考LAN FilterDesign Guideline目錄一.設計流程二.基本原理三.機構設計四.基本線路五.材料六.電氣特性七.附註設計流程圖客戶需求研讀客戶需求規格判別是否為現有標準品評估是否值得列入否新標準品而開發是否案子結束是決定機構架構與電子材料設計PCB;決定線圈繞法設計電氣特性製作產品規格製作樣品驗證樣品是否符合規格送樣DQA流程基本原理一.LAN filter其原理與一般變壓器相同,其基本原理不在此贅述IoIiVi V o ZoZiNi/No=Vi/Vo Ni/No=Io/Ii Ni/No=Zi/Zo二.LAN filter在系統上具有傳輸訊號與阻抗匹配的功能如下圖所示,LAN filter另最主要的一個功能在於其Isolation transformer可以隔離異常瞬間高壓防止customer端的IC遭受損壞.另common mode choke則有抑制EMI Noise的功能三.線路架構LAN filter依照速度可以分為下列這三種(註.現今另有10G技術正在發展中,在此暫不說明)1.10BASE-T傳輸速度為10MB(IEEE standard802.3)2.100BASE-T傳輸速度為100MB(IEEE standard802.3u)3.1000BASE-T傳輸速度為1000MB(IEEE standard802.3ab)10Base-T circuit100Base-T circuit100Base-T線路有兩組通道,各自負責輸出(Tx)與接收(Rx )接收輸出由於網路線有跳線與平行線之分別(附註一).在系統上會有AUTO-MDIX(自動判別跳線)功能,此時我們必須建議客戶使用下列線路,也就是Tx與Rx的中間抽頭必須連接在一起.此時系統會自動判別訊號並切換Tx/Rx.狀況.A接收輸出狀況.B 輸出接收1000Base-T Circuit1000Base-T線路有四組通道,可同時輸出或接收.網路線CAT5e每個通道有125MB的頻寬. IEEE802.3ab透過軟體技術,使得每個通道可以同時傳輸兩組訊號,四個通道即可達到1000MB的頻寬.輸出接收輸出接收輸出接收輸出接收機構設計LAN filter依產品接腳方式可分為下列兩種直插式(Through hole or Dip)表面貼片型元件(SMD surface-mount device)各類標準規格如下表DIP類產品在考慮客戶端PCB板厚,Pin長需為 3.00mm設計應該優先腳距2.54SMD類產品的標準腳距為1.27mm,設計時應以此腳距為先LAN filter依照封裝方式可分為Molding type與Case typeMolding type是最為業界廣為接受的封裝方式.唯現今因為系統廠為了要通過RoHS規範(附註二),必須使用較高溫的IR-Reflow製程,常使molding type有龜裂的現象.所以case type也成了解決龜裂的方法之一. Molding Type(線圈以molding compound封裝成形)如圖所示將線圈理在做為接腳的Lead frame上透過治具將molding compound灌入產品加溫加壓成型將Lead frame切彎腳即為完成品二.Case type,泛指將線圈理在已有接腳的Case內,再灌入膠。
基本線路LAN filter基本線路約略有下列四種,依狀況決定該使用何種線路以成本考量,若無其他特性要求以第一種優先並避免使用第四種線路一第一种线路：隔离变压器+CMC的常用电路其中隔离变压器起防高压突波，保护芯片的作用，CMC起抑制EMI NOISE的作用二Isolation transformer第二个线路与第四个线路类似，隔离变压器加三线CHOKE，除了可以达到CMC的功能外，还可以增加耦变压器的功能，可以和BOB S MITH线路匹配，抑制共模信号3wire choke三Isolation transformer第三个线路在第一个线路的基础上增加一个CMC，增加抑制EMI NOISE的能力common mode chokecommon modechoke四第四个线路与第二个线路功能类似，在原来第一个线路的基础上加上自藕变压器，与BBOB SMITH线路匹配，抑制共模信号線材(漆包線)在各種導體線材表面塗上一層或多層之絕緣漆膜，經烘乾成形。
依塗料、漆膜厚度，而各有不同之特性和用途。
主要用途為電機、電子產品、零組件線圈用。
•線材依其coating材質可分UEW與SFBW兩種1.UEW耐溫等級為UL B級135℃,製程上預焊溫度為360℃/2秒2.SFBW耐溫等級為UL F級155℃,製程上預焊溫度為400℃/2秒•線材依coating層厚度由厚到薄可分為四個等級分別為0,1,2,3種線,其中0種線是coating層最厚的一種線可耐3500Vrms.產品設計應採用0種線.•產品的實用線徑為ψ0.08、0.09與0.1mm(此尺寸是指未包含coating層之裸線)•為了方便分辨,線材以顏色做區分.常用的顏色為N(Nature)、B(Blue)、R(Red)、G(Green)•在產品設計上常使用稱為挑線的製程,對於許多高頻特性都有幫助,.如下圖所示變壓器的一側為N&B線;另一側則為R&G線(NB CT指N&B共同中間抽頭;CT:Center Tap)將一次側與二次側的線材交錯依顏色N、R、B、G排列,然後再絞線,如下圖所示NR四線絞BGN R B G……..N R B G•在產品設計上常使用下列兩種抽頭的製程,其中零角度有較好的特性因此被廣為運用設計產品時應以零角度為主1抽頭零角度2.抽頭180度•考量製程方便,Transformer常用鐵心大小與圈數所相對應的建議線徑如下鐵心內徑圈數線徑小於 1.4mm10~150.08mm1.4~1.7mm10~150.09mm小於 1.4mm少於10 1.0mm•在設計POE產品時,其傳遞訊號的線材需ψ0.09~0.10mm.而傳遞電源的線材則需ψ0.18~0.20mm如下圖所示傳遞訊號之線材直徑需為0.09~0.10mm傳遞電源之Power choke其線材直徑需為0.18~0.20mm鐵心•LAN filter 使用的鐵心是環型鐵心(toroid core ),其優點是它有一個封閉的磁場,可提供完美的磁力迴路.以其為材料的變壓器有良好的耦合能力,較小的傳輸損失.•鐵心有錳鋅與鎳鋅材,μi 值1500以上為錳鋅材,以下則為鎳鋅材•常用鐵心則有1.μi =850KS9,常用於common mode choke.2.μi =5000CS5,常用於Isolation transformer.3.μi =4000H40,常用於Isolation transformer.4.μi =10000CS10,常用於Auto transformer.•鐵心的選用1.Isolation transformer 的鐵心需選用耐8mA DC BAIS 的材質,其適合μi 值約為4000~5000常用鐵心表列如下鐵心十碼H40T3.05*2.0*1.784141210248CS5T3.5*1.8*1.84140810448CS5T2.94*1.62*14140633248CS5T3.05*1.27*14141210248KS9T3.6*1.78*1.274140641848KS9T 3.05*1.27*1.274140641548CS10T3.43*1.78*1.274140000348CS5T 3.5*1.8*1.8CS5表材質;T 表Toroid core ;3.5*1.8*1.8=OD*ID*H 2.如果是工業溫度規範(-40℃~85℃)的產品,其Isolation transformer 應選用低溫材膠(Epoxy)可用來絕緣、隔離、固定、增加電容值以及減緩感值的下降名稱顏色使用方法乾燥條件優/缺點用處1204AB膠黑色A膠和B膠1:1混合而成135℃,5min烘乾時間短,有彈性,重工方便/流動性強,易漏膠,附著力差,容易脫離形成膠屑,預熱會膨脹1鐵心用膠2保護電子元件KE-45透明單種膠,用針筒點80℃,1hr 低溫烘烤,有彈性,重工方便/流動性較AB膠強,易漏膠,附著力較AB膠好.預熱膨脹系數較AB膠大Pulse coatingG757膠灰色單種膠,用針筒點135℃,1hr有一定柔韌性,重工方便,沒有流動性,可用固定機構件固定用C2089膠黑色單種膠,用針筒點135℃,1hr 硬度非常強,硬化後比較脆,不可重工,流動性比強,不適合用來大面積的機構固定,也不能固定引線不常用UV膠透明單種膠,用針筒點紫外光照射乾燥方便,柔韌性和硬度皆備,適合固定焊點引線,但是重工困難,單價高不常用•1204AB膠比較經濟適合固定線圈,覆蓋焊點與電子元件.•KE-45膠附著性比較好,線圈繞好線之後點上KE-45膠,可增加鐵心與線材的絕緣效果,避免漆包線破損而造成的耐壓不良,並可以增加感值與容值的穩定.也可用於固定鐵心上的繞線線材.唯獨SMD Molding類產品不能使用KE-45膠.否則易在客戶端過IR時造成龜裂.•G757用於機構的固定.•C2089用於小面積固定用,因其硬度太大,不能用來覆蓋焊點和電子零件•UV膠用於覆蓋焊點,考慮到成本因素和乾燥條件特殊,設計時儘量不要選用這種膠.•凡立水顏色為琥珀色.可分為溶劑型及非溶劑型兩種型態.其滲透性及附差厚度受濃度及粘度影響很大,可依使用目的透當調整.目前使用的類型有BC-346(溶劑型).凡立水主要作用為防潮、絕緣、散熱、固定、保護線路板及美觀.用二甲苯稀釋.用於變壓器內之含浸用鐵心浸泡.其散熱性佳,耐熱等級也高的.故烘烤條件較長.•實際乾燥條件仍須考慮點膠量多寡而定錫材現今業界產品都已經轉移為無鉛料號,切勿使用有鉛錫材SAC305組合成分Sn:Ag:Cu=96.5:3.0:0.5＊唯獨Molding類產品因製程上需有較高的溫度易造成無鉛錫鎔化.故在LAN Filter Molding類的產品內部理線處可使用有鉛高溫錫Pb90/Sn10.這是根據RoHS增補附屬指令允許豁免,條文擷取如下:.電氣特性•電感OCL or Lo(Open Circuit Inductance)測試條件100KHz/0.1V8mA DC BAIS1.OCL的大小會影響到變壓器的耦合能力,過低的OCL會造成波型失真,有較差的Bit Error Rate(附註三)2.在測試條件下,其一次側(PHY side)須大於350μH;Intel則特別規定要大於400μH3.考慮8mA BIAS約會使感值下降15%,鐵心初始感值約有25%的誤差,產品設計的理想感值應約為650uH(650*85%*75%=414uH>400uH)•漏電感L K(Inductance Leakage)測試條件100KHz/0.1V1.測試時須將另一側短路相同條件下,絞線的L k會比未絞線的值小2.•雜散電容Cp測試條件100KHz/0.1V1..雜散電容與線間介質系數成正比,與線間距離成反比2.Cp值是影響Return loss特性一個很重要的參數•L k與C p是影響變壓器性能的主要因素,低L k則會有會有高C p,相同地低C p則會有會有高L k需依照設計時所需特性做取捨.•圈數比(Turn Ratio)1.圈數比是來驗證繞線製程是否正確的重要參數,2.錯誤的圈數比會造成傳輸的波形失真.嚴重者會造成系統端傳輸資料錯誤3.目前絕大多數的料號其圈數比都是1:14.測試圈數比可同時測試相位,如果變壓器某一端的正負腳位錯誤在測圈數比時會顯示負數值.造成波形反向.•直流阻抗(DCR),良好的DCR值設定可以驗證產品是否有短路、斷路與空焊的情形•Insertion loss (插入損失)是指輸入與輸出訊號的電壓比IL =20log (Vi/Vo)其單位為dB ,並以“－”來表示衰減.理想的變壓器其IL 應趨近於零.1.一般規範訂為-1.0dB MXA.@1~100MHz-1.2db MXA.@100~125MHz2.可透過下列方法來改善ILa.Isolation transformer 所有引線抽成零角度b.增加絞線的節數c.挑線•Return Loss (反射損失)是指待測物阻抗與標準阻抗的差距比RL =20log (1/Z);Z =(Zs -Zt)/(Zs +Zt);Zs 為標準阻抗;Zt 為待測物阻抗其單位為dB ,並以“－”來表示衰減.理想的變壓器其RL 應趨近於無限大:產品的標準阻抗為100Ω1.一個理想的RL 測試治具在校正完之後,接上一50Ω電阻,所測得之RL 應趨近於9.45dB (附註四)2.RL 是少數客戶也會在系統上作測試的項目.為了與客戶測試一致,RL 應由二次側(cable side)測試一次側應接100Ω電阻.3.其規範依產品不同而有不同的規範值,設計產品時應加嚴此規範SPEC (MIN.)Frequency 10Base-T15dB 5~10MHz 100Base-T16dB 2~30MHz 16-20log(f/30)dB30~60MHz 10dB 60~80MHz 1000Base-T 16dB 1~40MHz 10-20log(f/80)40~100MHz •Cross Talk (跨擾)是指磁性元件對附近元件所干擾的程度1.一般CT 的規範為30dB Min 1~100MHz ,應視情況加嚴規格2.不良的CT 易造成客戶端傳輸有packet loss 的現象3.CT 不良可以透過拉大相鄰兩組線圈距離或將鐵心排列成兩兩相互垂直來改善CROSS TALKPRI SEC TXPRI NOISESECRX•CMRR(Common Mode Rejection Ratio)共模拒次比此項目將影響客戶端EMI特性•DMCR(Differential to Common Mode Rejection Ratio)差模拒次比此項目將影響客戶端EMI特性•HI-POT(High Potential Test)高壓絕緣測試一般HI-POT定制的規格為1500Vrms,60secconds,為縮短量產測試時間，可將測試電壓值乘於1.2倍(1800Vrms)測試時間則縮短為2seconds)1.PRI to SEC:測試產品一次側與二次側的絕緣能力,測試條件1500Vrms/60sec2.Line to GND,少數有高壓電容的產品則須加測output到接地腳的高壓,測試條件為2250VDC/60sec此項目高壓電容的耐壓能力是主要因素,另外焊點之間的安全距離也是重要因素.如下圖所示網路線兩端RJ45接頭順序相同者為平行線(Straight-through Ethernet cable)如下圖所示網路線兩端RJ45接頭Pin1-2與Pin3-6順序相反者為跳線(crossover Ethernet cable)用於連接電腦(PC)與HUB者使用平行線即可;用於連接兩台電腦則必須使用跳線RoHS是歐盟為了積極推動綠色消費，在2003年公告禁用物質防制法（ROHS）,將在2006年7月1日正式實施.違反此指令者將遭受罰款與刑責.各所有產品必須嚴格執行無鉛製程.RoHS指令簡述如下The RoHS Directivestands for"the restriction of the use of certain hazardous substances in electrical and electronic equipment".This Directive bans the placing on the EU market of new electrical and electronic equipment containing more than agreed levels of lead,cadmium,mercury,hexavalent chromium,polybrominated biphenyl(PBB)and polybrominated diphenyl ether(PBDE)flame retardants. Manufacturers need to understand the requirements of the RoHS Directive to ensure that their products,and their components,comply.附註三附註四。