“網(wǎng)絡(luò )變壓器介紹”

“網(wǎng)絡(luò )變壓器分類(lèi)”

“工作原理”

“網(wǎng)絡(luò )變壓器PCB設計”

“網(wǎng)口防雷電路設計”

1、網(wǎng)絡(luò )變壓器的介紹

網(wǎng)絡(luò )變壓器也被稱(chēng)作“數據汞”，也可稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò )隔離變壓器。它在一塊網(wǎng)絡(luò )接口上所起的作用主要有兩個(gè)，一是傳輸數據，它把PHY送出來(lái)的差分信號用差模耦合的線(xiàn)圈耦合濾波以增強信號，并且通過(guò)電磁場(chǎng)的轉換耦合到不同電平的連接網(wǎng)線(xiàn)的另外一端；一是隔離網(wǎng)線(xiàn)連接的不同網(wǎng)絡(luò )設備間的不同電平，以防止不同電壓通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)傳輸損壞設備。除此而外，數據汞還能對設備起到一定的防雷保護作用。它主要用在網(wǎng)絡(luò )交換機、路由器、網(wǎng)卡、集線(xiàn)器里面，起到信號耦合、高壓隔離、阻抗匹配、電磁干擾抑制等作用。

網(wǎng)絡(luò )變壓器用于交換機和網(wǎng)卡的設計拓撲圖：

以太網(wǎng)設備在收發(fā)器和網(wǎng)線(xiàn)間使用變壓器，其包含中心抽頭變壓器，自耦變壓器，共模電感。最新的以太網(wǎng)設備通過(guò)變壓器提供48V電源，采用集成連接器，應用越來(lái)越廣泛。這些器件的特性對于EMI的抑制很關(guān)鍵。

2、網(wǎng)絡(luò )變壓器分類(lèi)

產(chǎn)品依據結構類(lèi)型，可以分為兩類(lèi):

a. 離散性網(wǎng)絡(luò )變壓器(DiscreteLAN Magnetics Module)；

b. 內部集成磁性變壓器模塊的RJ45連接器(RJ45 Connector with Integrated Magnetics,ICMs);

產(chǎn)品依據客戶(hù)焊接類(lèi)型，可以分為兩類(lèi):

a. 表面貼裝元件(SMT,Surface Mount Type)

b. 插件元件(TH,Through-Hole Type)

產(chǎn)品依據傳輸速率，可以分類(lèi)四類(lèi):

a. 10Base-T,

b. 10/100Base-T,

c. 1000 Base-T,

d. 10G Base-T.

(Base-T: Baseband，雙絞線(xiàn)對。簡(jiǎn)而言之，Base-T是一種以bps速率工作的局域網(wǎng)（LAN）標準，它通常被稱(chēng)為快速以太網(wǎng)，并使用UTP（非屏蔽雙絞線(xiàn)）銅質(zhì)電纜。快速以太網(wǎng)有三種基本的實(shí)現方式：Base-FX、Base-T、和1Base-T4。每一種規范除了接口電路外都是相同的，接口電路決定了它們使用哪種類(lèi)型的電纜。為了實(shí)現時(shí)鐘/數據恢復（CDR）功能，Base-T使用4B/5B曼徹斯特編碼（Manchester Encoding）機制。)

3、網(wǎng)絡(luò )變壓器的工作原理:

3.1 內部結構

1、共模扼流圈（CMC：Common mode Choke）

共模扼流圈(Common mode Choke)，也叫共模扼制電感，是在一個(gè)閉合磁環(huán)上對稱(chēng)繞制方向相反、匝數相同的線(xiàn)圈。理想的共模扼流圈對L（或N）與E 之間的共模干擾具有抑制作用，而對L 與N 之間存在的差模干擾無(wú)電感抑制作用。但實(shí)際線(xiàn)圈繞制的不完全對稱(chēng)會(huì )導致差模漏電感的產(chǎn)生。信號電流或電源電流在兩個(gè)繞組中流過(guò)時(shí)方向相反，產(chǎn)生的磁通量相互抵消，扼流圈呈現低阻抗。共模噪聲電流（包括地環(huán)路引起的騷擾電流，也處稱(chēng)作縱向電流）流經(jīng)兩個(gè)繞組時(shí)方向相同，產(chǎn)生的磁通量同向相加，扼流圈呈現高阻抗，從而起到抑制共模噪聲的作用。共模電感實(shí)質(zhì)上是一個(gè)雙向濾波器：一方面要濾除信號線(xiàn)上共模電磁干擾，另一方面又要抑制本身不向外發(fā)出電磁干擾，避免影響同一電磁環(huán)境下其他電子設備的正常工作。

共模扼流圈可以傳輸差模信號，直流和頻率很低的差模信號都可以通過(guò)，而對于高頻共模噪聲則呈現很大的阻抗，所以它可以用來(lái)抑制共模電流騷擾。

共模電感扼流圈是開(kāi)關(guān)電源、變頻器、UPS 電源等設備中的一個(gè)重要部分。其工作原理：當工作電流流過(guò)兩個(gè)繞向相反線(xiàn)圈時(shí)，產(chǎn)生兩個(gè)相互抵消的磁場(chǎng)H1、H2 ，此時(shí)工作電流主要受線(xiàn)圈歐姆電阻以及可忽略不計的工作頻率下小漏電感的阻尼。如果有干擾信號流過(guò)線(xiàn)圈時(shí)，線(xiàn)圈即呈現出高阻抗，產(chǎn)生很強的阻尼效果，達到衰減干擾信號作用。

CMC抑制共模信號：

顧名思義，共模扼流圈是用來(lái)抑制共模噪聲信號（無(wú)用的信號，干擾信號)的元件，它對共模噪聲信號形成高阻抗，而對差模信號(有用的信號)基本上無(wú)影響。它是抑制EMI電磁干擾的主要元件，工作原理如下:

共模信號是指在兩輸入端輸入極性相同的信號。共模信號將導致電磁干擾。電磁干擾分為輻射干擾和傳導干擾（進(jìn)入電源線(xiàn)內）。信號傳輸不對稱(chēng)和阻抗不匹配時(shí)差模信號轉換都將產(chǎn)生數字終端設備的共模信號。

CMC對差模信號無(wú)影響：

2、自耦合變壓器(Center Tapped Auto-Transformer)

自耦合變壓器對差模信號形成高阻抗，對共模信號基本上無(wú)影響，按照以上的

接線(xiàn)方式接入線(xiàn)路中，可以有效地進(jìn)行信號傳輸，繼而進(jìn)一步減少及抑制了電磁

干擾。

3、扼流圈工作原理及插入損耗特性（或稱(chēng)阻抗特性）：

變壓器兩腳加上信號電壓(差模信號)時(shí)，經(jīng)過(guò)磁路耦合作用在變壓器的次級端感應出感生電壓。對于信號電壓，由于CMC兩繞組同時(shí)流過(guò)的信號電流大小相等、方向相反，在CMC的鐵芯磁路中產(chǎn)生了方向相反的磁通，相互抵消，不影響差模信號傳輸。而此時(shí)變壓器Transformer兩繞組流過(guò)的則是大小相等，方向相同的電流，致使變壓器Transformer的作用相當于一個(gè)大的電阻，阻礙差模信號的通過(guò)，對載波信號的傳輸影響極少。所以差模信號被直接耦合加到負載上。而對共模信號來(lái)說(shuō)，主要是通過(guò)變壓器的初、次級間的分布電容耦合到次級，而此時(shí)CMC兩繞組流過(guò)的是大小相等、方向相同的電流，這時(shí)CMC相當于一個(gè)大的電阻，阻止共模電流的傳輸，而變壓器Transformer兩繞組則是流過(guò)大小相等、方向相反的電流，對共模信號相當于短路，這樣共模電壓基本上不會(huì )被傳送，而被耦合到負載上。從而既能使載波信號被很好的傳輸，又能抑制共模干擾信號。

變壓器的中間抽頭。中間抽頭為什么有些接電源？有些接地？這個(gè)主要是使用的phy芯片UTP（雙絞線(xiàn)）口驅動(dòng)類(lèi)型決定的，有兩種，如果是電壓驅動(dòng)的就要接電源；如果是電流驅動(dòng)的就不用了，直接接個(gè)電容到地。為什么有些接2.5v？而有些又接3.3v呢？這個(gè)由PHY芯片資料里規定的UTP端口電平?jīng)Q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、網(wǎng)絡(luò )變壓器PCB設計

設計要點(diǎn)：

一、營(yíng)造一個(gè)無(wú)噪音，電源穩定的環(huán)境

二、減少EMI、EMC對芯片的影響

三、簡(jiǎn)單的信號布線(xiàn)，減小走線(xiàn)長(cháng)度

1、上圖中模塊A（電容、電阻）應當盡可能的靠PHY。模塊B應當盡可能靠近變壓器.(因為當發(fā)送時(shí)RTL8201從模塊A吸收電流. 而當接收時(shí),RTL8201將從模塊B采集差分信號電壓.

2、 RJ-45和變壓器的距離(L1) 應當盡可能的縮短.

3、 Rtset信號應當盡可能靠近PHY, 并且如果可能的話(huà)應當遠離TX+/-,RX+/-, 和時(shí)鐘信號

4、 晶體不應該放置在靠近I/O端口、電路板邊緣和其他的高頻設備、走線(xiàn)或磁性元件 周?chē)?/span>.

5、晶體的外殼良好接地，以避免EMC/EMI帶來(lái)的外部噪音, 同樣晶體的隔離線(xiàn) （retaining straps of the Crystal）也需要良好的接地.

6、磁性元件或客產(chǎn)生磁場(chǎng)的元件應當被隔離并且彼此保持90度的方向 . 高電流的元 件應當靠近電源以減少走線(xiàn)。 高電流走線(xiàn)將產(chǎn)生更多的EMI問(wèn)題 。

7、 終端電阻：如上所述的模塊A和B,模 塊A的電阻電容應當靠近PHY,兩個(gè) 接收終端電阻可以靠近變壓器。 為了更好的阻抗匹配,這些電阻/電容對應當仔細選 擇 。

8、 PHY和 變壓器之間的距離 (L2)也應該盡可能的短。 為了實(shí)際操作的方便，這一點(diǎn)經(jīng)常被放棄。但是， 保持Tx±, Rx± 信號走線(xiàn)得對稱(chēng)性是非常重要的 ， 而且 L2需要保持在一個(gè)合理的范圍內 ，最大約10~300px

設計實(shí)例：

A、網(wǎng)口變壓器沒(méi)有集成在連接器里的網(wǎng)口電路PCB布局、布線(xiàn)規則

參考上圖，需要注意下面幾點(diǎn)：

1、變壓器與RJ45之間，PHY層芯片與變壓器之間的距離應控制在1inch 內。當布局條件限制時(shí)，應優(yōu)先保證變壓器與RJ45之間的距離在1 inch 內。

2、器件布局按照信號流向放置，切勿繞來(lái)繞去。

3、變壓器下方的地平面要分割，分割線(xiàn)寬度不小于100MIL，網(wǎng)口變壓器放置在GND和PGND的分隔線(xiàn)上。

4、每對差分走線(xiàn)都要控制走線(xiàn)長(cháng)度一致，同時(shí)注意控制阻抗為50歐姆

5、注意PHY層芯片的的數字地和模擬地統一，數字電源和模擬電源使用磁珠進(jìn)行隔離。同時(shí)要與變壓器配合。注意PHY芯片的電源濾波，按照芯片要求設計。

6、網(wǎng)口指示燈的電源線(xiàn)3.3V或者2.5V來(lái)自于電源平面，要對它們使用磁珠和電容進(jìn)行退耦；指示燈驅動(dòng)線(xiàn)要靠近PHY串連電阻，并在進(jìn)入I/O區域之前進(jìn)行電容濾波。這樣防止噪聲通過(guò)指示燈電源線(xiàn)耦合到差分線(xiàn)對區域。

7、指示燈電源線(xiàn)和驅動(dòng)信號線(xiàn)要靠近走線(xiàn)，盡量減小環(huán)路面積。見(jiàn)圖左下腳。

8、指示燈線(xiàn)和差分線(xiàn)對要進(jìn)行必要的隔離，兩者要保證距離足夠遠，如果必要使用GND平面進(jìn)行隔離。

9、注意網(wǎng)口變壓器芯片側中心抽頭對地的濾波電容要盡量靠近變壓器管腳，保證引線(xiàn)最短分布電感最小。

10、用于連接GND和PGND的0歐姆電阻或者電容要放置在地分割線(xiàn)上。

11、PHY芯片的模擬電源不要占用大面積平面，從局部銅皮通過(guò)走線(xiàn)、磁珠、走線(xiàn)拉到變壓器芯片側中心抽頭上。

12、PHY芯片與變壓器之間已經(jīng)沒(méi)有VDD，將PHY芯片與變壓器之間的平面層區域定義為GND，這樣可以切斷來(lái)自VDD平面的噪聲途徑。實(shí)際處理見(jiàn)下圖。

13、沿單板PCB的邊緣（不用包住PGND，見(jiàn)圖8）每隔250mil打一個(gè)接地過(guò)孔，這些過(guò)孔排可以切斷單板噪聲向外輻射的途徑，減小對PGND靜地的影響。

14、單板的PGND、GND通過(guò)鏍孔和結構相連接，保證系統地電位的統一。

15、保證電源平面和地平面之間的良好退耦（低阻），電源平面最好和地平面相鄰。 16、和電源平面相鄰的信號線(xiàn)不要超出電源平面的投影區域。

17、要保證和電源平面相鄰的信號線(xiàn)的回流路徑的完整性，否則就要改變平面的形狀，使得信號線(xiàn)處在平面層內，回流路徑的不完整會(huì )帶來(lái)嚴重的EMC問(wèn)題。

18、推薦把所有的高速信號線(xiàn)、I/O線(xiàn)、差分線(xiàn)對優(yōu)先靠近地平面走線(xiàn)，如果無(wú)法實(shí)現才以電源平面作為參考平面。

19、差分線(xiàn)要遠離其它信號線(xiàn)，放置其它信號線(xiàn)把噪聲耦合到差分線(xiàn)上。 20、為了減小差分信號的噪聲，數字信號線(xiàn)或電源要遠離模擬信號線(xiàn)或電源。

21、電源的去耦和旁路是十分重要的，它們可以為信號提供一個(gè)低阻抗通路，減小電源和地平面間的諧振。電容可以起到去耦和旁路的作用，但要保證退耦和旁路電容由電容、走線(xiàn)、過(guò)孔、焊盤(pán)組成的環(huán)路的面積盡量小，保證引線(xiàn)電感盡量小，見(jiàn)下圖所示：

從上圖可見(jiàn)，最右邊的情況有最小的環(huán)路面積。

從上圖可見(jiàn)，左邊的布局中，電容要通過(guò)長(cháng)線(xiàn)連接到平面上，存在很大的引線(xiàn)電感；而右邊的布局中，退耦電容連線(xiàn)很短，保證了低引線(xiàn)電感的要求。

B、采用一體化連接器的網(wǎng)口電路PCB布局、布線(xiàn)規則

一體化連接器因為體積小，性能好的優(yōu)點(diǎn)，應用越來(lái)越廣泛。通過(guò)實(shí)際的應用，發(fā)現在一體化連接器可以有效降低網(wǎng)口的EMI。

從上圖可以看出，不同在于少了網(wǎng)口變壓器，其它大都相同。下面只針對不同點(diǎn)進(jìn)行描述。

1、網(wǎng)口變壓器是隔離器件，用于切斷共模，因為已經(jīng)被集成在連接器里，所以地平面不再進(jìn)行分割處理。

2、 一體化連接器的外殼應該連接到連續的地平面上。不要在連接器下面創(chuàng )建機架地。 3、 單板周?chē)�每�?50mil打接地過(guò)孔，將單板噪聲屏蔽在板內。

C、電源、地平面的布局

盡管我們一直建議電源和地平面相鄰，但是一些對價(jià)格敏感的單板可能并不能做到。下面的建議可以一定程度上減小電源的阻抗。見(jiàn)下圖：

電源層power2并沒(méi)有與地平面相鄰，對地阻抗可能較大，如果退耦不合理就會(huì )帶來(lái)EMC問(wèn)題。而且，如果POWER2層被同時(shí)分成多個(gè)電壓區域，跨這些區域的信號線(xiàn)就會(huì )因為回流路徑不連續產(chǎn)生較大的環(huán)路面積，從而導致出現EMC問(wèn)題。

如果我們在inner4層和bottom層進(jìn)行地填充，就可以一定程度的降低電源的阻抗，為信號線(xiàn)創(chuàng )造低阻抗通路。

D、差分線(xiàn)對布局、布線(xiàn)要求

差分線(xiàn)對以差分形式存在，具有很強的共模抑制能力，但是如果布局布線(xiàn)不當，差模就可以轉化為共模，帶來(lái)共模噪聲。因此對差分線(xiàn)的處理要注意：

2、 差分線(xiàn)對間的距離要保持一致，大約等于線(xiàn)寬。 3、 差分線(xiàn)的特征阻抗要控制在100歐姆±10％。 4、建議在內層走線(xiàn)，并盡量和地平面相鄰。

5、 保持差分線(xiàn)對的對稱(chēng)，任何不對稱(chēng)都會(huì )造成差模向共模的轉變。

E、差分信號終端電阻、濾波電容的布局、布線(xiàn)

49.9歐姆的終端電阻（有的PHY可能沒(méi)有）必須靠近PHY芯片的TX和RX管腳放置，兩個(gè)終端電阻的中間必須和地以盡可能短的連線(xiàn)相連。如下圖所示：

如上圖所示：右側的兩個(gè)4.7PF電容對于高頻噪聲具有良好的抑制能力，但是只有保證了電容引線(xiàn)的低電感，才能起到應由的作用。兩個(gè)濾波電容必須良好對稱(chēng)，保證平衡，否則差�？赡苻D成共模，帶來(lái)共模噪聲。使用中還要注意，電容的取值不能太大，太大的電容會(huì )影響信號的質(zhì)量甚至功能。

另外，這兩個(gè)4～7PF的電容可以通過(guò)平面來(lái)產(chǎn)生，大家知道，平面電容的分布電感是十分低的，在與地平面相鄰的信號層無(wú)走線(xiàn)區域打一塊補丁，就可以產(chǎn)生一個(gè)高性能電容。見(jiàn)下圖：

F、選擇高共模抑制能力的變壓器

變壓器的共模抑制能力可以降低差模向共模的轉變，但是在變壓器的datasheet里一般并不會(huì )列出EMC測試范圍內的共模抑制性能。這樣給變壓器的選擇帶來(lái)困難。

1、選擇在線(xiàn)路側有共模呃流圈的變壓器。

2、 使用支持自協(xié)商的變壓器可能會(huì )降低共模抑制能力，這種變壓器的收、發(fā)對稱(chēng)，而且收、發(fā)線(xiàn)圈的中心抽頭連接在一起。

變壓器線(xiàn)路側的共模電阻和高壓電容

變壓器線(xiàn)路側的75歐姆電阻和高壓電容為UTP電纜提供了共模通路，在布局、布線(xiàn)時(shí)注意：

1、 把這些共模電阻靠近變壓器中心抽頭放置。

2、 電阻和電容的連接要使用短而粗的走線(xiàn)（10～15mil）。按照變壓器結構的不同，主要可以分為下面兩種情況：

對于上圖1的情況，推薦電阻的值取75歐姆，但這樣做的前提是保證機架地是靜地。對于下圖2的情況，推薦電阻的值取0歐姆。

G、改變差分線(xiàn)號的傳輸波形

某些PHY芯片可以通過(guò)設置特定管腳內部的寄存器改變信號的上升、下降沿。一定程度的減緩信號的上升沿（或下降沿）可以一定長(cháng)度的減少EMI。

5、網(wǎng)口防雷電路設計

網(wǎng)口的防雷可以采用兩種思路：一種思路是要給雷電電流以泄放通路，把高壓在變壓器之前泄放掉，盡可能減少對變壓器影響，同時(shí)注意減少共模過(guò)電壓轉為差模過(guò)電壓的可能性。另一種思路是利用變壓器的絕緣耐壓，通過(guò)良好的器件選型與PCB設計將高壓隔離在變壓器的初級，從而實(shí)現對接口的隔離保護。下面的室外走線(xiàn)網(wǎng)口防雷電路和室內走線(xiàn)網(wǎng)口防雷電路就分別采用的是這兩種思路。

室外走線(xiàn)網(wǎng)口防雷電路

當有可能室外走線(xiàn)時(shí)，端口的防護等級要求較高，防護電路可以按圖7-8設計。

室外走線(xiàn)網(wǎng)口防護電路

圖a給出的是室外走線(xiàn)網(wǎng)口防護電路的基本原理圖，從圖中可以看出該電路的結構與室外走線(xiàn)E1口防雷電路類(lèi)似。共模防護通過(guò)氣體放電管實(shí)現，差模防護通過(guò)氣體放電管和TVS管組成的二級防護電路實(shí)現。圖中G1和G2是三極氣體放電管，型號是3R097CXA，它可以同時(shí)起到兩信號線(xiàn)間的差模保護和兩線(xiàn)對地的共模保護效果。中間的退耦選用2.2Ω/2W電阻，使前后級防護電路能夠相互配合，電阻值在保證信號傳輸的前提下盡可能往大選取，防雷性能會(huì )更好，但電阻值不能小于2.2Ω。后級防護用的TVS管，因為網(wǎng)口傳輸速率高，在網(wǎng)口防雷電路中應用的組合式TVS管需要具有更低的結電容，這里推薦的器件型號為SLVU2.8-4。圖b就是采用上述器件網(wǎng)口部分的詳細原理圖。

三極氣體放電管的中間一極接保護地PGND，要保證設備的工作地GND和保護地PGND通過(guò)PCB走線(xiàn)在母板或通過(guò)電纜在結構體上匯合（不能通過(guò)0Ω電阻或電容），這樣才能減小GND和PGND的電位差，使防雷電路發(fā)揮保護作用。

電路設計需要注意RJ45接頭到三極氣體放電管的PCB走線(xiàn)加粗到40mil，走線(xiàn)布在TOP層或BOTTOM層。若單層不能布這么粗的線(xiàn)，可采取兩層或三層走線(xiàn)的方式來(lái)滿(mǎn)足走線(xiàn)的寬度。退耦電阻到變壓器的PCB走線(xiàn)建議采用15mil線(xiàn)寬。

該防雷電路的插入損耗小于0.3dB，對100M以太網(wǎng)口的傳輸信號質(zhì)量影響比較小。

室內走線(xiàn)網(wǎng)口防雷電路

當只在室內走線(xiàn)時(shí)，防護要求較低，因此防雷電路可以簡(jiǎn)化設計，如圖所示，a是室內走線(xiàn)網(wǎng)口防護電路的基本原理圖，圖b是防護器件選用SLVU2.8-4時(shí)網(wǎng)口部分的詳細原理圖。

室內走線(xiàn)網(wǎng)口防護電路

RJ45接頭的以太網(wǎng)信號電纜是平衡雙絞線(xiàn)，感應的雷電過(guò)電壓以共模為主，如果能夠對過(guò)電壓進(jìn)行有效的防護，差模的防護選用小量級的器件就可以了，通�？梢赃x用SLVU2.8-4,它可以達到差模0.5kV（1.2/50us）的防護能力，但是當產(chǎn)品目標包括北美市場(chǎng)時(shí)，差模防護器件推薦選用LC03-3.3,它可以滿(mǎn)足NEBS認證的需求。

我們從共模防護的角度對這兩種電路做一下比較。室外的電路采用氣體放電管實(shí)現共模的防護，當端口處有共模過(guò)電壓產(chǎn)生時(shí)，通過(guò)擊穿氣體放電管轉化成過(guò)電流并泄放，從而達到保護的目的。而圖7-9中的網(wǎng)口防護電路只設計了差模的防護電路，沒(méi)有設計共模的防護電路，它在端口的共模防護上采用就是我們前面說(shuō)的隔離保護的思路，它利用網(wǎng)口變壓器的隔離特性實(shí)現端口的共模防護。當端口處有過(guò)電壓產(chǎn)生時(shí)，這個(gè)過(guò)電壓會(huì )加到網(wǎng)口變壓器的初級，由于變壓器有一定的隔離特性，只要過(guò)電壓不超過(guò)變壓器初級與次級的耐壓能力而被擊穿，過(guò)電壓會(huì )完全被隔離在初級側，從而對次級側基本不造成影響，達到端口保護的目的。

從上述原理可以看出，室內防護這種電路的共模防護主要靠變壓器前級的PCB走線(xiàn)以及變壓器的絕緣耐壓實(shí)現，因此要嚴格注意器件的選型和PCB的設計。

首先，在以太網(wǎng)口電路設計時(shí)應樹(shù)立高壓線(xiàn)路和低壓線(xiàn)路分開(kāi)的意識。其中變壓器接外線(xiàn)側的以太網(wǎng)差分信號線(xiàn)、Bob-Smitch電路是直接連接到RJ45接頭上的，容易引入外界的過(guò)電壓（如雷電感應等），是屬于高壓信號線(xiàn)。而指示燈控制線(xiàn)、電源、GND是由系統內提供，屬于低壓線(xiàn)路。

根據網(wǎng)口連接器不同，網(wǎng)口電路分為帶燈和不帶燈兩種，其中尤以帶燈連接器的網(wǎng)口防雷問(wèn)題更為突出，因此下面以網(wǎng)口帶燈電路為例具體說(shuō)明如何區分高壓線(xiàn)路與低壓線(xiàn)路。

網(wǎng)口帶燈的典型電路如下圖所示：

網(wǎng)口部分電路組成

當網(wǎng)線(xiàn)上遭受感應雷擊時(shí)，會(huì )在8根網(wǎng)線(xiàn)上同時(shí)產(chǎn)生過(guò)電壓。從安全的角度分析，應把網(wǎng)口部分分為高壓區和低壓區，如上圖所示，虛線(xiàn)框內即為高壓區。因此網(wǎng)線(xiàn)感應雷電時(shí)主要在高壓區有比較高的過(guò)電壓。但是，在高壓區僅有8根網(wǎng)線(xiàn)和相連的網(wǎng)絡(luò )為高壓線(xiàn)，而指示燈驅動(dòng)線(xiàn)、3.3V供電電源、連接器外殼地PGND為低壓線(xiàn)，網(wǎng)口電路Bob-Smith電路中匹配電阻屬于高壓，指示燈限流電阻屬于低壓范圍，變壓器線(xiàn)纜側中間抽頭電容一端為高壓端，接PGND的一端為低壓端。

其次，網(wǎng)口防雷電路在器件選型和PCB設計過(guò)程中要注意以下幾點(diǎn)：

1. 為了保證共模隔離耐壓的承受能力，變壓器需要滿(mǎn)足初級和次級之間的交流絕緣耐壓不小于A(yíng)C1500V的指標。
2. 優(yōu)先選擇不帶燈的RJ45，要引燈的話(huà)，建議采用導光柱技術(shù)在芯片側將指示燈的光線(xiàn)引到面板上，避免指示燈控制信號穿越高壓信號線(xiàn)和Bob-Smitch電路所在的區域。
3. 指示燈控制電路的限流電阻應放在控制芯片側，位置靠近控制芯片，防止過(guò)電壓直接對控制芯片造成沖擊。
4. 以太網(wǎng)信號線(xiàn)按照差分線(xiàn)走線(xiàn)規則，保證阻抗匹配，并且一對差分線(xiàn)的長(cháng)度盡量一樣長(cháng)。
5. 如果變壓器前級（靠RJ45接頭側）有中間抽頭并且采用Bob-Smith電路，即75Ω電阻加一個(gè)1000pF的接PGND的電容。建議電容選取耐壓大于DC2000V，電阻功率建議選擇1/10W的單個(gè)電阻，不宜采用排阻。
6. 一個(gè)以太網(wǎng)接口采用一個(gè)Bob-Smitch電路，避免將多個(gè)以太網(wǎng)接口的Bob-Smitch電路復接在一起。
7. 對于PCB層數大于6層的單板，由于相鄰層的絕緣材料小于12mil，因此高壓線(xiàn)和低壓線(xiàn)不應布在相鄰層，更不應交叉或近距離并行走線(xiàn)。
8. 由于通過(guò)變壓器的隔離特性完成共模防護，所以高壓信號線(xiàn)（差分線(xiàn)和Bob-Smitch電路走線(xiàn)）和其它信號線(xiàn)（指示燈控制線(xiàn)）、電源線(xiàn)、地線(xiàn)之間應該保證足夠的絕緣，不存在意外的放電途徑。

最后，要達到高壓區與低壓區之間有效的隔離，就要重視二者之間的PCB走線(xiàn)設計。在高壓區，帶高壓的可能有：連接器管腳、布線(xiàn)、過(guò)孔、電阻焊盤(pán)、電容焊盤(pán)。帶低壓的可能有：布線(xiàn)、過(guò)孔、電阻焊盤(pán)、螺釘。根據測試結果和分析，我們總結得到在網(wǎng)口PCB部分高低壓各種形式兩兩之間的絕緣耐壓數據，具體如下表（表中給出的是高壓與低壓部分距離為10mil時(shí)候的耐壓情況）：

絕緣耐壓測試結果

注：上表中紅色數據為直接試驗得到，黑色數為據根據試驗和具體情況分析得到。藍色數據為原理分析數據，設計過(guò)程中建議按照該數值進(jìn)行設計。

從表中可以看出，對于相同的絕緣距離，耐壓能力為接地螺釘< 電容、電阻焊盤(pán) < 走線(xiàn)過(guò)孔 < 表層走線(xiàn) < 內層走線(xiàn)，因此當共模防護指標一定時(shí)，高壓部分與低壓部分的絕緣距離應該為接地螺釘 > 電容、電阻焊盤(pán) > 走線(xiàn)過(guò)孔 > 表層走線(xiàn) > 內層走線(xiàn)。這是因為螺釘整個(gè)為金屬體，暴露面積比較大，容易成為放電通路。電容和電阻焊接兩端表面為金屬，同時(shí)由于形狀為長(cháng)方體，有棱角，很容易形成尖端放電。過(guò)孔在網(wǎng)口部分有很多，表面是亮錫的，也容易產(chǎn)生擊穿放電，但與電阻和電容焊接兩端相比較，金屬面積相對就小一些。PCB板的表層走線(xiàn)涂有絕緣綠油，內層的走線(xiàn)有介質(zhì)包圍，相對上面幾種，耐壓能力就應該高一點(diǎn)。

在設計中，根據具體產(chǎn)品要求的抗浪涌等級，利用表7-1中的數據，就可以推算出PCB設計需要控制的各種絕緣距離。給出了在防護等級是4kV的時(shí)候，PCB設計要達到的安全絕緣距離。

表PCB設計安全絕緣距離數據（按照4KV耐壓進(jìn)行計算）

綜上所述，采用圖室內的防護電路，通過(guò)良好的器件選型和PCB設計，可以實(shí)現共模2kV（1.2/50us，最高可達4kV），差模0.5kV（1.2/50us）的防護能力。它可以應用于絕大多數室內走線(xiàn)的情況，特別是對于接入和終端設備，在實(shí)際使用中以太網(wǎng)線(xiàn)不采用屏蔽電纜，而且安裝使用長(cháng)度大于50米，在網(wǎng)口的防護電路設計過(guò)程中宜對以上問(wèn)題加以重視。

對于網(wǎng)口的防護，除了采用以上的圖7-8和圖7-9中的兩種電路外，還有利用RJ45接頭管腳前端放電設計、利用變壓器中心抽頭空氣放電設計和利用變壓器中心抽頭采用放電管放電設計等防護方式，特點(diǎn)均是利用絕緣放電實(shí)現防護、成本低、PCB占用空間小.

其他問(wèn)題解答：

在以太網(wǎng)設備中，通過(guò)PHY接RJ45時(shí)，中間都會(huì )加一個(gè)網(wǎng)絡(luò )變壓器。有的變壓器中心抽頭接到地。而且接電源時(shí)，電源值又可以不一樣，3.3V，2.5V，1.8V都有。這個(gè)變壓器的作用分析如下：

1. 中間抽頭為什么有些接電源？有些接地？ 這個(gè)主要是與使用的PHY芯片UTP口驅動(dòng)類(lèi)型決定的，這種驅動(dòng)類(lèi)型有兩種，電壓驅動(dòng)和電流驅動(dòng)。電壓驅動(dòng)的就要接電源；電流驅動(dòng)的就直接接個(gè)電容到地即可！所以對于不同的芯片，中心抽頭的接法，與PHY是有密切關(guān)系的，具體還要參看芯片的datasheet和參考設計了。
2. 為什么接電源時(shí)，又接不同的電壓呢？ 這個(gè)也是所使用的PHY芯片資料里規定的UTP端口電平?jīng)Q定的。決定的什么電平，就得接相應的電壓了。即如果是2.5v的就上拉到2.5v，如果是3.3v的就上拉到3.3v。

3.這個(gè)變壓器到底是什么作用呢，可不可以不接呢？

從理論上來(lái)說(shuō)，是可以不需要接變壓器，直接接到RJ45上，也是能正常工作的。但是呢，傳輸距離就很受限制，而且當接到不同電平網(wǎng)口時(shí)，也會(huì )有影響。而且外部對芯片的干擾也很大。當接了網(wǎng)絡(luò )變壓器后，它主要用于信號電平耦合。其一，可以增強信號，使其傳輸距離更遠；其二，使芯片端與外部隔離，抗干擾能力大大增強，而且對芯片增加了很大的保護作用（如雷擊）；其三，當接到不同電平（如有的PHY芯片是2.5V，有的PHY芯片是3.3V）的網(wǎng)口時(shí)，不會(huì )對彼此設備造成影響。