什么是网络变压器？工作原理和EMI解决方案

1、网络变压器的介绍

网络变压器也被称作“数据汞”，也可称为网络隔离变压器。它在一块网络接口上所起的作用主要有两个，一是传输数据，它把PHY送出来的差分信号用差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不同电平的连接网线的另外一端;一是隔离网线连接的不同网络设备间的不同电平，以防止不同电压通过网线传输损坏设备。除此而外，数据汞还能对设备起到一定的防雷保护作用。它主要用在网络交换机、路由器、网卡、集线器里面，起到信号耦合、高压隔离、阻抗匹配、电磁干扰抑制等作用。

2.工作原理

1、共模扼流圈(CMC:Common mode Choke)

共模扼流圈(Common mode Choke)，也叫共模扼制电感，是在一个闭合磁环上对称绕制方向相反.匝数相同的线圈。理想的共模扼流圈对L(或N)与E 之间的共模干扰具有抑制作用，而对L与N 之间存在的差模干扰无电感抑制作用。但实际线圈绕制的不完全对称会导致差模漏电感的产生。信号电流或电源电流在两个绕组中流过时方向相反，产生的磁通量相互抵消，扼流呈现低阻抗。共噪声电流(包括地环路引起的骚扰电流，也处称作纵向电流)流经两个绕组时方向相同，产生的磁通量同向相加，扼流圈呈现高阻抗，从而起到抑制共模噪声的作用。共模电感实质上是一个双向滤波器:一方面要滤除信号线上共模电磁干扰，另一方面又要抑制本身不向外发出电磁干扰，避免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。

共模扼流圈可以传输差模信号，直流和频率很低的差模信号都可以通过，而对于高频共模噪声则呈现很大的阻抗，所以它可以用来抑制共模电流骚扰。

共模电感扼流圈是开关电源、变频器、UPS 电源等设备中的一个重要部分。其工作原理:当工作电流流过两个绕向相反线圈时，产生两个相互抵消的磁场 H1、H2，此时工作电流主要受线圈欧姆电阻以及可忽略不计的工作频率下小漏电感的阻尼。如果有干扰信号流过线圈时，线圈即呈现出高阻抗，产生很强的阻尼效果，达到衰减干扰信号作用。

CMC抑制共模信号:

顾名思义，共模扼流圈是用来抑制共模噪声信号(无用的信号，干扰信号)的元件，它对共模噪声信号形成高阻抗，而对差模信号(有用的信号)基本上无影响。它是抑制EMI电磁干扰的主要元件，工作原理如下

共模信号是指在两输入端输入极性相同的信号。共信号将导致电磁干扰。电磁干扰分为辐射干扰和传导干扰(进入电源线内)。信号传输不对称和阻抗不匹配时差模信号转换都将产生数字终端设备的

共模信号。

CMC对差模信号无影响:

2、自耦合变压器(Center Tapped Auto-Transformer四)

自耦合变压器对差模信号形成高阻抗，对共模信号基本上无影响，按照以上的接线方式接入线路中可以有效地进行信号传输，继而进一步减少及抑制了电磁干扰。

扼流圈工作原理及插入损耗特性(或称阻抗特性):

变压器两脚加上信号电压(差模信号)时，经过磁路耦合作用在变压器的次级端感应出感生电压。对于信号电压，由于CMC两绕组同时流过的信号电流大小相等、方向相反，在CMC的铁芯磁路中产生了方向相反的磁通，相互抵消，不影响差模信号传输。而此时变压器Transformer两绕组流过的则是大小相等，方向相同的电流，致使变压器Transfommer的作用相当于一个大的电阻，阻碍差模信号的通过对载波信号的传输影响极少。所以差模信号被直接耦合加到负载上。而对共模信号来说，主要是通过变压器的初、次级间的分布电容耦合到次级，而此时CMC两绕组流过的是大小相等、方向相同的电流，这时CMC相当于一个大的电阻，阻止共模电流的传输，而变压器Transformer两绕组则是流过大小相等、方向相反的电流，对共模信号相当于短路，这样共模电压基本上不会被传送，而被耦合到负载上。从而既能使载波信号被很好的传输，又能抑制共模干扰信号。

EMI设计Tips

EMl设计Tips-1

调整CMC可以改变阻抗峰值,从而帮助抑制问题频段的噪音

EMl设计Tips-2

2-wire choke Design:

2-wire choke on PHY side can't work on class B mode;两线穿CMC在芯片端方案不能工作在电流驱动型

模式下

2-wire choke on cable side:BST performance is degraded as the Zcmc is often much greater than

75Ω;两线穿CMC在网口方案,由于CMC阻抗通常大于75欧而BST性能被退化

It may be more appropriate to choose different values,or not using BST at all.有时并不需要使用BST

,只需选择合适的方案。

EMI设计Tips-3

Wire Choke Design(CMC三线穿环设计):

3-wire choke works good for the rejection of CM noise from“Dirty GND”(三线穿环设计可以根好抑制

地端的共模杂讯)

Bench test shows 3-wire choke on PHY side performs better than3-wire on cable side,specially at

lower frequencies(实验证明在芯片端的三线穿环设计方案性能优于网口端,尤其在低频段)

3-wire choke on cable side performs better than2-wire choke on cable side(同在网口端,三线穿环

设计方案优于俩线穿环设计方案)

Use 3-wire choke on PHY side for most multiport connectors. As higher number of ports cause

higher radiated emission(三线穿环设计方案用于多端口连接器,因通道越多辐射越大)

EMI设计Tips-4

Auto-xfmr design(自耦变压器)

Auto-xfmr provides a balanced way for CM noise directly going to GND via Bob-Smith termination

Performs better at lower frequency than 2-wire choke on cable side design(自拥变压器给共模信号

提供了从绞合线到地的通道,低频性能优于网口端俩线穿环设计)

Auto-xfmr also inereases parastic such as LL,Cd,and lower down OCL自拥变压器也会增加如漏感电

容等寄生电性,并降低电感性能)

Bigger volume and higher cost(体积增大,价格升高)

EMI设计Tips-5

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审核编辑 黄宇