新浪博客

网络变压器如何有效的抑制125Mhz及其倍频辐射   即以太网变压器反转使用问题的技术分析

2016-03-17 15:25阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/2060797855

摘要：网络变压器使用中在单板上的125MHz信号导致EMI超标想到改变变压器反转，但采用变压器反转将共模扼流圈放在PHY侧的方式虽然解决了EMI问题又带来了信号失真的问题，接着通过改变变压器设计，由两线制改为三线制解决了信号失真问题。

（缩略语〕
CM Choke ：Common Mode Choke（共模扼流圈）
FLP ：Fast Link Pulse

一 前言
以太网硬件接口作为以太网网络传输系统中物理层互连组件，在长期以来的硬件系统设计中已经逐步形成了一套标准的接口设计以及规范。以太网变压器作为其中的关键器件，也有其明确的指标定义要求，在系统板级设计中是和PHY驱动部分紧密相关的。一些不经意的使用上的改变，都有可能造成无法预计的后果。

二 以太网变压器功能及其使用设计
以太网变压器就其功能而言主要有以下三个：
(1)实现无失真的以太网信号传输；
(2)满足
IEEE802.3的电气隔离要求；
(3)单板辐射发射的抑制。

早期的100Mbps&1000Mbps以太网变压器主要由Transformer，Autotransformer，CM Choke组成，如Figure 1所示。 网络变压器如何有效的抑制125Mhz及其倍频辐射 <wbr> <wbr> <wbr>即以太网变压器反转使用问题的技术分析

变压器的关键技术参数如Figure 2所示：
网络变压器如何有效的抑制125Mhz及其倍频辐射 <wbr> <wbr> <wbr>即以太网变压器反转使用问题的技术分析

标准的设计根据以太网PHY芯片的驱动类型，主要分为电流驱动型设计和电压驱动型设计。电压驱动型设计如Figure 3所示。
网络变压器如何有效的抑制125Mhz及其倍频辐射 <wbr> <wbr> <wbr>即以太网变压器反转使用问题的技术分析

Figure 3: 电压驱动型变压器设计图
Figure 4所示的是比较早期的网口标准设计，电压驱动型所有驱动部分集成在芯片内部，网络变压器的中心抽头通过电容接地，提供共模杂讯的到地通路。发送方向上CM Choke和AutoTransformer是放在Wire side的， AutoTransformer的作用是对差模信号呈现高阻，对共模信号呈现低阻，这样，一方面可以提供Cable pair（差分信号“线对”如图中1，2和3，6）上共模信号到设备外壳地的低阻通路，另外可以实现Diff Pair（差分信号线对之间，如图中1，2和3，6之间）间150欧姆的线对间匹配(也就是Bob Smith匹配)。
网络变压器如何有效的抑制125Mhz及其倍频辐射 <wbr> <wbr> <wbr>即以太网变压器反转使用问题的技术分析

Figure 4：早期的网口标准设计
但是在实际的网络终端设备接口设计中，因为设备的外壳是浮地的，网口的高压电容会连接到单板的信号地，这样实际上会增强Cable侧和PHY侧的共模噪声，是不推荐使用的。所以，在目前的设计中，AutoTransformer已经很少使用了，而是采用有着共模抑制能力更强性能的CM Choke以及更好平衡传输性能的网络变压器，直接将CT从中心抽头处引出。如Figure 5所示，而且为了支持Auto MDII-X功能,芯片内部的TX&RX可以切换，变压器的TX&RX中心抽头连接在了一起，可以同时连接直流驱动电压。CM Choke统一放置在了Cable侧，这就是我们目前常规使用的变压器设计。
网络变压器如何有效的抑制125Mhz及其倍频辐射 <wbr> <wbr> <wbr>即以太网变压器反转使用问题的技术分析

Figure 5：变压器的TX&RX中心抽头连接在了一起
电流驱动型因为芯片的发送单元采用电流驱动设计，所以需要外部有一个直流电压驱动信号，这个电压设计中一般都采用从网络变压器的Center Tap输入，这样做的另一个好处就是可以通过连接低一级的电压实现Power Saving的功能，如Figure 6所示：
网络变压器如何有效的抑制125Mhz及其倍频辐射 <wbr> <wbr> <wbr>即以太网变压器反转使用问题的技术分析

Figure 6：电流驱动型变压器设计图

三 网络变压器反转使用问题分析
通过以上介绍，我们已经了解了目前常规的以太网网络变压器的内部结构以及CM Choke的位置。具体到这个案例中的产品网口设计如Figure 7所示：
网络变压器如何有效的抑制125Mhz及其倍频辐射 <wbr> <wbr> <wbr>即以太网变压器反转使用问题的技术分析

Figure 7：本案例的产品网口设计


通过设计我们可以了解到，变压器中心抽头接V2.5，芯片为电流驱动型。产品在RE整改验证中因为单板125Mhz及其倍频能量从网口辐射出来导致测试Fail。工程师在现场采用了将网络变压器反转的方案，发现CM Choke在芯片侧可以有效的抑制125Mhz及其倍频辐射，而且不影响使用。就确定了这个方案，反转后如Figure 8所示。
网络变压器如何有效的抑制125Mhz及其倍频辐射 <wbr> <wbr> <wbr>即以太网变压器反转使用问题的技术分析

Figure 8：将网络变压器反转的方案示意图
但是在随后的批量验证中却发现，网络变压器反转后出现了不同网卡的兼容性以及长距离连接问题，自适应条件下无法连接，但网卡强制为100M&10M条件下可以连接，而且即使连接上的网卡Ping包也会出现问题。看来，变压器的反转影响到了以太网信号了。需要对变压器的关键技术参数以及实际输出的以太网信号进行分析确认。变压器厂家反馈变压器反转后测试的关键技术参数没有差异。只有从实际的信号分析展开了。
首先，我们通过示波器进行了自适应情况下问题产品发送FLP信号的波形测试(自适应即自协商，互连端口通过FLP信号交互和应答双方的支持能力信息并建立稳定的物理层连接，详见参考资料《通过百兆以太网诱导发包测试机制深入研究以太网自协商原理》，测试样机上电启动，网口工作在自适应状态下，测试发现FLP信号果然出现了问题。
网络变压器如何有效的抑制125Mhz及其倍频辐射 <wbr> <wbr> <wbr>即以太网变压器反转使用问题的技术分析

Figure 9：变压器反转情况下PHY输出的FLP数据
我们可以看到，这种情况下FLP会出现0101000000010111的异常码字，而变压器不反转情况下的FLP码字为 1000011110000001才是正常的链路码字。
网络变压器如何有效的抑制125Mhz及其倍频辐射 <wbr> <wbr> <wbr>即以太网变压器反转使用问题的技术分析

Figure 10：变压器正常使用时的FLP数据
在将信号波形展开进行具体分析后，发现变压器反转使用条件下的FLP信号波形已经发生了畸变。
网络变压器</a>

我的更多文章

下载客户端阅读体验更佳

APP专享