1、网络变压器的介绍

网络变压器，也被称为“数据汞”或网络隔离变压器，在网络接口上扮演着重要的角色。它主要用于传输数据，将PHY送出的差分信号通过差模耦合的线圈进行耦合滤波，从而增强信号，并通过电磁场转换耦合到不同电平的连接网线的另一端。此外，它还能隔离网线连接的不同网络设备间的不同电平，防止因不同电压通过网线传输而损坏设备。除此之外，数据汞还能对设备起到一定的防雷保护作用。

网络变压器的工作原理主要基于电磁感应定律和能量守恒定律。当输入电压施加在变压器的初级线圈上时，产生的磁场会感应次级线圈中的电动势，从而在次级线圈上产生输出电压。根据变压器的变压比，可以通过调整初级线圈和次级线圈的匝数比例来改变输出电压。

以太网设备在收发器和网线间使用变压器，其包含中心抽头变压器，自耦变压器，共模电感。最新的以太网设备通过变压器提供48V电源，采用集成连接器，应用越来越广泛。这些器件的特性对于EMI的抑制很关键。

2、网络变压器分类

网络变压器可以根据不同的标准进行分类。以下是一些常见的分类方式：

根据功能和应用：

T1/E1隔离变压器
ISDN/ADSL接口变压器
VDSL高通/低通滤波器模块、接口变压器
T3/E3、SDH、64KBPS接口变压器
10/100BASE、1000BASE-TX、2.5GBASE、5GBASE、10GBASE网络滤波器
RJ45集成变压器ICM
POE网络变压器
千兆网络变压器
百兆网络变压器
常规级网络变压器
车规级网络变压器
医用级网络变压器
超薄网络变压器
军工级网络变压器
民用级网络变压器
工业级网络变压器
5G网络变压器
BMS车规级网络变压器
其他特定应用的网络变压器，如可根据客户需要设计专用变压器。

3、网络变压器的工作原理:

3.1 内部结构

网络变压器的工作原理主要基于电磁感应。它由主线圈和副线圈组成，当主线圈中有电流通过时，会在副线圈中产生磁场。根据电磁感应定律，这个磁场会引起副线圈中的电流产生变化。副线圈上的电压取决于主线圈和副线圈之间的匝数比例。

通过调整主线圈和副线圈的匝数比例，可以实现输入电压到输出电压的变换。如果主线圈的匝数比副线圈少，那么输出电压将比输入电压小；反之，如果主线圈的匝数比副线圈多，输出电压将比输入电压大。此外，网络变压器还可以通过改变输入电流和输出电流之间的匝数比例来变换电流。当匝数比例大于1时，输出电流会比输入电流大；当匝数比例小于1时，输出电流会比输入电流小。

除了基本的电压和电流变换功能外，网络变压器内部还包含共模扼流圈（CMC）等组件，这些组件主要用于抑制共模噪声和电磁干扰。共模扼流圈在一个闭合磁环上对称绕制方向相反、匝数相同的线圈，对共模干扰具有抑制作用，而对差模干扰无电感抑制作用。这使得网络变压器在电能传输和转换的同时，能够提供更好的电气隔离和安全保护。

总的来说，网络变压器通过电磁感应实现电压和电流的变换，并通过内部组件抑制电磁干扰，确保电能的高效传输和转换，同时提供电气隔离和安全保护。它在电力输送、电力配送、电子设备的供电等领域有着广泛的应用。

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，扼流圈呈现低阻抗。共模噪声电流（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。共模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)

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。

3、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Transformer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。

变压器的中间抽头。中间抽头为什么有些接电源？有些接地？这个主要是使用的phy芯片UTP（双绞线）口驱动类型决定的，有两种，如果是电压驱动的就要接电源；如果是电流驱动的就不用了，直接接个电容到地。为什么有些接2.5v？而有些又接3.3v呢？这个由PHY芯片资料里规定的UTP端口电平决定。如果是2.5v的就上拉到2.5v，如果是3.3v的就上拉到3.3v。

4、网络变压器PCB设计

设计要点：

一、营造一个无噪音，电源稳定的环境

二、减少EMI、EMC对芯片的影响

三、简单的信号布线，减小走线长度

1、上图中模块A（电容、电阻）应当尽可能的靠PHY。模块B应当尽可能靠近变压器.(因为当发送时RTL8201从模块A吸收电流. 而当接收时,RTL8201将从模块B采集差分信号电压.

2、 RJ-45和变压器的距离(L1) 应当尽可能的缩短.

3、 Rtset信号应当尽可能靠近PHY, 并且如果可能的话应当远离TX+/-,RX+/-, 和时钟信号

4、晶体不应该放置在靠近I/O端口、电路板边缘和其他的高频设备、走线或磁性元件周围.5、晶体的外壳良好接地，以避免EMC/EMI带来的外部噪音, 同样晶体的隔离线（retaining straps of the Crystal）也需要良好的接地.6、磁性元件或客产生磁场的元件应当被隔离并且彼此保持90度的方向 . 高电流的元件应当靠近电源以减少走线。高电流走线将产生更多的EMI问题。

7、终端电阻：如上所述的模块A和B,模块A的电阻电容应当靠近PHY,两个接收终端电阻可以靠近变压器。为了更好的阻抗匹配,这些电阻/电容对应当仔细选择。

8、 PHY和变压器之间的距离 (L2)也应该尽可能的短。为了实际操作的方便，这一点经常被放弃。但是，保持Tx±, Rx± 信号走线得对称性是非常重要的，而且 L2需要保持在一个合理的范围内，最大约10~300px。

在网络变压器的内部结构中，共模扼流圈（CMC）是一个关键部分。它实质上是一个双向滤波器，用于滤除信号线上的共模电磁干扰，同时抑制本身不向外发出的电磁干扰，从而避免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。

总的来说，网络变压器在网络设备中起到了信号耦合、高压隔离、阻抗匹配、电磁干扰抑制等多重作用，是确保网络正常运行的重要组件。如需更多关于网络变压器的信息，建议查阅相关文献资料或咨询专业电气工程师。

结束语

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网络变压器的介绍分类及工作原理