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以太網(wǎng)接口接變壓器的設計與應用

2023-09-26 02:09:39 ? 314

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網(wǎng)絡(luò )變壓器的工作原理:

網(wǎng)絡(luò )變壓器又稱(chēng)“數據汞”,或網(wǎng)絡(luò )絕緣變壓器。在網(wǎng)絡(luò )接口中起到兩個(gè)主要作用:一是通過(guò)將差模耦合和線(xiàn)圈耦合相結合的過(guò)濾器,增強PHY傳輸的差分信號的數據傳輸,并將電磁場(chǎng)轉換為不同電平連接線(xiàn)的另一端;二是隔離線(xiàn)連接到不同網(wǎng)絡(luò )設備之間的不同電平,為防止不同的電壓通過(guò)網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)路傳輸,從而損壞設備。此外,數據汞在設備防雷方面也可以發(fā)揮作用,主要用于網(wǎng)絡(luò )交換機、路由器、網(wǎng)卡、集線(xiàn)器內部,起到信號通信、高壓絕緣、電網(wǎng)變壓器電阻匹配、電磁干擾抑制等作用。

 

網(wǎng)絡(luò )變壓器通常有兩種驅動(dòng)方式:電壓驅動(dòng)和電流驅動(dòng)。

 1、電流驅動(dòng)方式:


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等效電路圖如下圖:

03 拷貝.jpg



這是一個(gè)較早的驅動(dòng)程序,僅適用于10M和100M網(wǎng)絡(luò )。

通過(guò)調整恒流源和電流的大小,可以改變載波頻率。當電流驅動(dòng)方法連接到變壓器時(shí),變壓器中間插頭必須連接到應變電壓(產(chǎn)生偏置和電流感)。上拉電壓由PHY芯片決定。一般有1.8V和2.5V。只需閱讀PHY芯片的數據手冊。

 

2、電壓驅動(dòng)方式:

這是目前常用的控制方法,不僅可以應用于10M和100M網(wǎng)絡(luò ),還可以應用于千兆網(wǎng)絡(luò )。千兆PoE網(wǎng)絡(luò )的電源也基于這一原理,就像電壓源調整電壓以實(shí)現載波變化一樣。當電壓驅動(dòng)方法連接到變壓器時(shí),變壓器的中心引腳不需要連接到電壓,但可以直接連接到電容器的地。典型的電壓控制模式如下:

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它的等效電路如下:

05 拷貝.jpg


為什么要接網(wǎng)絡(luò )變壓器?

事實(shí)上,變壓器理論上不起作用,但風(fēng)險太大。網(wǎng)絡(luò )變壓器的優(yōu)點(diǎn)如下:

 

1、增加傳輸距離。

PHY芯片驅動(dòng)器的功率有限,當網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)長(cháng)時(shí),信號到達接收端,信號可能會(huì )衰減到不再工作的程度。但在添加網(wǎng)絡(luò )變壓器后,通過(guò)變壓器輸出,驅動(dòng)能力顯著(zhù)提高,允許信號進(jìn)一步傳輸。

 

2、減少接收PHY芯片時(shí)的干擾。

接收器和發(fā)射機以及網(wǎng)絡(luò )變壓器相當于將PHY與網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)路隔離。網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)路暴露在室外,容易受到各種干擾,無(wú)絕緣,PHY芯片的數字輸出容易不穩定。

 

3、改進(jìn)PHY芯片的接收和傳輸終端的兼容性。如果PHY接收器使用3.3V,而PHY發(fā)射機使用5V,則兩者之間的電平信號在沒(méi)有網(wǎng)絡(luò )變壓器的情況下不兼容。網(wǎng)絡(luò )變壓器可以確保信號正常傳輸,而不考慮接收和傳輸時(shí)使用的電壓。


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由此分析:可以注意到,共形電感器位于不同的位置:一個(gè)位于電纜端部,另一個(gè)位于PHY端部。

 

注意:

PHY側比電纜側更貴,可能是因為不常用吧。

電流型的PHY不建議使用在PHY末端的網(wǎng)絡(luò )變壓器,這可能導致網(wǎng)絡(luò )關(guān)閉。電壓型的PHY沒(méi)有關(guān)系。

@100kHz,0.1V,8mA直流偏置350uhmin

網(wǎng)絡(luò )變壓器制造商的產(chǎn)品插頭將使用開(kāi)路OCL電感:表明頻率為100 kHz、振幅為0.1 V的正弦信號電壓將檢測電感大于350 uH、線(xiàn)圈供電加上8 mA直流偏移的網(wǎng)絡(luò )變壓器的開(kāi)路OCL電感。

 

為什么這樣呢?有兩個(gè)原因:

1、制造商必須向線(xiàn)圈添加8mA直流偏移檢測條件的原因是,在局域網(wǎng)運行期間,網(wǎng)絡(luò )變壓器,由于正極性和負極性矩形數據脈沖的數量不同,在網(wǎng)絡(luò )變壓器線(xiàn)圈內自動(dòng)產(chǎn)生不超過(guò)8mA的直流或慢偏移,線(xiàn)圈內的直流或慢速偏移降低了線(xiàn)圈的OCL,OCL下降使平屋頂傾斜矩形數據脈沖,而當平屋頂高度傾斜時(shí)會(huì )發(fā)生誤差,產(chǎn)生誤碼。

2、另一方面,最近在網(wǎng)絡(luò )變壓器傳送數據信號的同時(shí)還要利用它向數十米以外的電子設備輸送直流電壓(POE供電系統)。PoE電流相對較大,可以達到安培量級。PoE電流也是網(wǎng)絡(luò )變壓器內層壓器的連續或緩慢移動(dòng)。電流緩慢偏移可能導致電感器電感降低,從而改變網(wǎng)絡(luò )變壓器消除電磁干擾的能力。


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