以太网为什么要增加隔离变压器

网络隔离变压器到底是什么作用呢,可不可以不接呢。从理论上来说,是可以不需要接变压器,直接接到RJ45上,也是能正常工作的。但是呢,传输距离就很受限值,当接到不同电平网口时,也会有影响。而且外部对芯片的干扰也很大。当接了网络变压器后,它主要用于信号电平耦合。

其一,可以增强信号,使其传输距离更远;

其二,使芯片端与外部隔离,抗干扰能力大大增强,而且对芯片增加了很大的保护作用(如雷击);

其三,当接到不同电平(如有的PHY芯片是2.5V,有的PHY芯片是3.3V)的网口时,不会对彼此设备造成影响。

以太网为什么要增加隔离变压器_第1张图片

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。

下面简单介绍一下隔离变压器的工作原理:

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共模信号经过隔离变压器时的信号流向:

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当共模信号经过隔离变压器时,由于线圈两端的电压极性相同,不会形成电流。故不会将共模信号传递至次级线圈。但是线圈间的耦合电容Cww为共模信号的传递提供了通路:

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隔离变压器的共模信号抑制

为了防止主级线圈上的共模信号传递至次级线圈,在主级线圈中添加中心抽头为共模信号的泄放提供通路,(大部分时候中心抽头增加滤波电路并不能很好的抑制共模干扰信号,因此很多工程师会选择带共模电感的隔离变压器,或者在网口差分信号走线上预留共模电感的位置):

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结论:以太网设计中隔离变压器在满足功能(差分信号传输)前提下,不仅能对后端电路起到抗扰防护作用,还能抑制共模辐射噪声。因此隔离变压器是以太网口的标配设计。

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