網絡磁性元件介紹

1、準備人準備人: Walter Fang 2010 年年 10 月月6 日日 元件概要元件概要 成 功 源 于 責 任 *以太網磁性組件應用于網絡高端路由器,集線器,交換機, 各類計算機(包括筆記本型電腦),網絡服務器及各類網絡 通訊儀器設備等領域. 成 功 源 于 責 任 Figure1 Figure2 Main Transformer: 主變壓器 Provide 1500Vrms safety isolation barrier. Impedance matching to meet the IEEE802.3 requirements. Transformers have OCL = 35

2、0uH min ( 8 mA DC bias) With Center Tap(電線搭接電線搭接)to provide a low impedance path for Common Mode Noise to signal. Common Mode Choke(CMC): 共模扼流圈 CMC creates a high impedance block to any common mode signal while leaving a differential mode signal unaffected CMC impedance depends on core material, win

3、ding turns and winding process 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0.1 MHz1.0 MHz10.0 MHz100.0 MHz1000.0 MHz -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 CMR (dB) IMP () Frequency Auto-transformer: 自藕變壓器 Auto-xfmr 相當于一個很大的并聯電感相當于一個很大的并聯電感, 對差模信號形成很高的對差模信號形成很高的 對地阻抗對地阻抗; Auto-xfmr 對共模信號而言是對共模信號而言是O阻抗阻抗,

4、相當于直接短路到地或相當于直接短路到地或 Bob-Smith 接頭接頭. 成 功 源 于 責 任 u IEEE802.3:CSMA/CD,此標準是國際電子電器協此標準是國際電子電器協 會針對乙太網會針對乙太網10/100/1000 Base-T產品的專業(yè)標產品的專業(yè)標 準；準； u IEEE802.3af:此標準是國際電子電器協會針對在 乙太網上傳輸電源的10/100/1000 Base-T專業(yè)標 準，即乙太網PoE產品的標準； u IEEE802.3ae:此標準為國際電子電器協會此標準為國際電子電器協會10Gb/s 網速的乙太網專業(yè)標準；網速的乙太網專業(yè)標準； u ANSI X3.263-1

5、995:光纖分散式資料介面光纖分散式資料介面(FDDI)_ 權杖網雙絞線物理層媒介（權杖網雙絞線物理層媒介（TP-PMD) 成 功 源 于 責 任 目前我司主要依據以上標準中的如下子標準行目前我司主要依據以上標準中的如下子標準行 設計驗證產品：設計驗證產品： IEEE802.3,2002 Para 40.8.3.13(電性網路特性電性網路特性 要求）要求） IEEE802.3,2002 Para 23.5.1.1（Hi-Pot要求）要求） ANSI X.3.263-1995 Para 9.1.(Signal integrity 信號完整性的一些參數要求信號完整性的一些參數要求) 成 功 源 于

6、 責 任 8 6 7R D 1 3 1 C T :1 C T 2 1 T D 1 1 C T :1 C T 9 1 0 1 1 R X 1 1 5 1 4 T X 1 1 6 成 功 源 于 責 任 1CT:1CT 205TD2+MX2+ 12TD4- 11TD4+ 10TCT4 TD3+8 9TD3- 6TD2- 7TCT3 1CT:1CT 13 14 MX4- MX4+ 1CT:1CT 15 17 16 MX3+ MX3- MCT4 19 18 MX2- MCT3 2TD1+ 4TCT2 3TD1- 1TCT1 1CT:1CT 23MX1+ 21 22MX1- MCT2 24MCT1MCT

7、1 成 功 源 于 責 任 VoIP Phone WLAN Access Point Network Security Device PoE Enabled LAN Switch Power Ethernet Cable Power Power POE功能應用介紹功能應用介紹 在在PoE和和PoE+的應用線路中的應用線路中, 一般會用到兩種變一般會用到兩種變 壓器壓器, 一種是網絡變壓器一種是網絡變壓器(LAN transformer), 另一種是功率變壓器另一種是功率變壓器(Power transformer) 1. 網絡變壓器網絡變壓器(LAN transformer): PHY芯片芯片

8、和和Cable之間必須有之間必須有LAN變壓器作電氣隔離變壓器作電氣隔離, 那么那么 在在PoE和和PoE+線路中線路中, 因為需注入電流因為需注入電流, LAN變變 壓器則義不容辭成為電流注入的最理想器件壓器則義不容辭成為電流注入的最理想器件, 同時同時, 由于有電流通過變壓器由于有電流通過變壓器, 所以此所以此LAN變壓器必須考變壓器必須考 慮慮線圈發(fā)熱和磁芯飽和問題線圈發(fā)熱和磁芯飽和問題, (3657Vdc, 最大最大 輸出功率為輸出功率為12.95W, 符合符合IEEE802.3af標準標準; PoE+變壓器的輸入電壓范圍拓寬到變壓器的輸入電壓范圍拓寬到3672Vdc, 最大輸出功率可

9、達到最大輸出功率可達到30W, 符合符合IEEE802.3at標標 準準) POE功能應用介紹功能應用介紹 2003年，針對以太網供電年，針對以太網供電(PoE+)的的IEEE802.3af標準標準 為以太網開辟了一個新的應用領域，即通過以太網同時傳輸為以太網開辟了一個新的應用領域，即通過以太網同時傳輸 DC功率和功率和10/100/1000Mbps數據。該標準規(guī)定了數據。該標準規(guī)定了 12.95W的標稱傳輸功率，對于早期接受這項新技術的應的標稱傳輸功率，對于早期接受這項新技術的應 用用(包括標準包括標準VoIP電話、安全攝像機和無線接入點電話、安全攝像機和無線接入點)來說，來說， 該功率綽綽

10、有余。該功率綽綽有余。 自此之后，自此之后，PoE基礎設施在業(yè)界變得十分普遍。與此同時，基礎設施在業(yè)界變得十分普遍。與此同時， 人們對于附加功能和較高功率的需求也有了顯著的增長。人們對于附加功能和較高功率的需求也有了顯著的增長。固固 定安全攝像機逐漸獲得了全動感視頻，無線接入點能夠在更定安全攝像機逐漸獲得了全動感視頻，無線接入點能夠在更 遠的距離上提供更高的信號強度，而遠的距離上提供更高的信號強度，而VoIP電話則可提供視電話則可提供視 頻和外設支持頻和外設支持。為對功能的增加提供支持，這些受電設備。為對功能的增加提供支持，這些受電設備 (PD)需要從需要從PSE(供電設備供電設備)獲取超過最

11、初獲取超過最初PoE標準規(guī)定限標準規(guī)定限 值的功率。人們開始考慮制定基于值的功率。人們開始考慮制定基于IEEE802.3af規(guī)范的規(guī)范的 IEEE802.3at(亦稱亦稱PoE+)標準，旨在適應新的高功率應標準，旨在適應新的高功率應 用需求。用需求。PoE+滿足高功率需求。滿足高功率需求。 成 功 源 于 責 任 磁性元件帶POE功能應用介紹 POE功能應用介紹功能應用介紹 以太網供電新標準以太網供電新標準POE+，IEEE802.3at 一、一、IEEE 802.3at標準出現的背景標準出現的背景 為了遵循為了遵循IEEE 802.3af規(guī)范，受電設備規(guī)范，受電設備(PD)上的上的 PoE功

12、耗被限制為功耗被限制為12.95W，這對于傳統(tǒng)的，這對于傳統(tǒng)的IP電話以電話以 及網絡攝像頭而言足以滿足需求，及網絡攝像頭而言足以滿足需求，但隨著雙波段接入、但隨著雙波段接入、 視頻電話、視頻電話、PTZ視頻監(jiān)控系統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)等高功率應用的出現，等高功率應用的出現， 13W的供電功率顯然不能滿足需求，這就限制了以太的供電功率顯然不能滿足需求，這就限制了以太 網電纜供電的應用范圍。為了克服網電纜供電的應用范圍。為了克服PoE對功率預算的限對功率預算的限 制，并將其推向新的應用，于制，并將其推向新的應用，于2004年年11月創(chuàng)立了月創(chuàng)立了 PoEPlus的研究小組，之后又于的研究小組，之后又于2

13、005年年7月批準了建月批準了建 立立IEEE 802.3at調查委員會的計劃。新標準稱為調查委員會的計劃。新標準稱為 Power-over-Ethernet Plus (PoEP) IEEE 802.3at，將功率水平擴展到，將功率水平擴展到30W或更高?；蚋摺?POE功能應用介紹功能應用介紹 二、二、IEEE 802.3af與與IEEE 802.3at比較比較 與與802.3af相比，相比，802.3at可輸出可輸出2倍以上的電力，每個端口的倍以上的電力，每個端口的 輸出功率可在輸出功率可在30W以上，因此可大幅拓寬以上，因此可大幅拓寬PoE的應用領域：雙的應用領域：雙 波段接入，視頻電

14、話，波段接入，視頻電話，802.11接入，接入，RFID接入，工業(yè)傳感器接入，工業(yè)傳感器 ，POS終端等都將可以應用終端等都將可以應用PoE技術來給終端提供充足的電力技術來給終端提供充足的電力 。 就標準而言，兩者在功率、線纜上有不同的定義，下表是兩者的就標準而言，兩者在功率、線纜上有不同的定義，下表是兩者的 比較比較： uPoE uMax 15.4 Watt at PSE( 分組交換設備分組交換設備 ) uMin 12.95 Watts at PD uMin voltage: 37V uMax voltage: 57V (safety consideration) 1.Current: 35

15、0mA uPoE-Plus uMax 45 Watts at PSE uMin 30 Watts at PD uMin voltage: 44V uMax voltage: 57V (safety consideration) uCurrent: 720mA POE功能應用介紹功能應用介紹 三、POE+關鍵問題 1、電纜載流量與散熱問題 電纜載流量是最基本的問題之一，也最先被提出。而且，對于這一基本 問題，直到近期電纜專家們才給出了答案。像所有電子組件一樣，電纜 工作時也有最高環(huán)境溫度要求，令人關切的是，電纜過熱可能損壞絕緣 材料，從而改變傳輸特性并縮短外部絕緣層的預期壽命。最近，美國電 信行

16、業(yè)協會(TIA)發(fā)布了一些初步的指引，建議當電纜制造廠每束電纜 的根數被限制為100時，CAT5E可以支持每導線可以支持每導線360mA的載流量的載流量(所有所有 導體均處于運行狀態(tài)導體均處于運行狀態(tài))。在電纜環(huán)境溫度達到45時，這樣的工作電流是 可以接受的，若要在更高的溫度條件下工作，則需要降額。 POE功能應用介紹功能應用介紹 2、數據變壓器、數據變壓器(Data Transformer) 數據變壓器是系統(tǒng)中第二個真正令人關切的組件。如大數據變壓器是系統(tǒng)中第二個真正令人關切的組件。如大 家所知，數據變壓器用來將數據信號從家所知，數據變壓器用來將數據信號從PHY交流耦合到電交流耦合到電 纜中

17、，同時注入用作纜中，同時注入用作PoE電源的直流電流。電源的直流電流。隨著該變隨著該變 壓器中直流電流的升高，并聯電源通路中小的電阻不平壓器中直流電流的升高，并聯電源通路中小的電阻不平 衡在變壓器中引起偏移電流，這會降低該變壓器的電感。衡在變壓器中引起偏移電流，這會降低該變壓器的電感。 電感的這種減小將使數據傳輸特性發(fā)生劣化，而且，嚴電感的這種減小將使數據傳輸特性發(fā)生劣化，而且，嚴 重的時候還會導致很高的重的時候還會導致很高的誤碼率誤碼率(BER)或數據的完全丟或數據的完全丟 失失。 成 功 源 于 責 任 Tx RJ-45RJ-45 Rx Tx 1 2 3 6 4 5 7 8 1 2 3 6

18、 4 5 7 8 Data Pair Data Pair Spare Pair Spare Pair CAT5 LAN Cable 100m (max) + PD PoE FE 48V I I/2 I/2 I/2 I/2 48V +I Rx - - 以太網磁性元件帶POE功能應用介紹 成 功 源 于 責 任 (Unused Pair) (Unused Pair) ( Voice / Data Channel) VoIP PhoneHead-end POE功能應用介紹功能應用介紹 (DC Feed Rtn. Path) ( DC Feed 350mA) 100 to 350mA LOAD Pow

19、er 30 60VDC 成 功 源 于 責 任 PD DC/DC 48V / ? Ethernet Appliance Phone Camera Music Security RJ45 1x1 Power Supply 48VDC Optical Interface Power Controller Mags Mags RJ45 2xN Mags Mags PSE Isolation Isolation Data Power Data Power Serial Bus 12C Interf MAC PHY HUB / SwitchTerminal 100 m UTP Cat 5 Cable (

20、4 PR) POE功能應用介紹功能應用介紹(IEEE 802.3af) Filtered Connector Conn w/int Pwr Mngmt Conn w/int Pwr&DC/DC Discrete Magnetics 成 功 源 于 責 任 以太網磁性元件帶POE功能應用介紹 成 功 源 于 責 任 線圈工藝流程線圈工藝流程: 扭線扭線穿線穿線T 測試測試穿線穿線CMC 外觀檢查外觀檢查 分線分線 包裝包裝測試測試 成 功 源 于 責 任 半成品工藝流程半成品工藝流程: 絞絞 線線 纏纏 線線 整整 線線 浸浸 錫錫 補補 焊焊 清洗清洗 烘烤烘烤 視視 檢檢 高壓測試高壓測試

21、綜合測試綜合測試 成 功 源 于 責 任 成品工藝流程成品工藝流程: 灌灌 膠膠 抽真空抽真空 烘烘 烤烤 印字印字 AIR AIR REFLOWREFLOW PINPIN 腳鍍錫腳鍍錫 視視 檢檢 Hi-Pot 整腳整腳 綜合測試綜合測試 PIN投影投影 FQC 成 功 源 于 責 任 11、Insertion Loss (插入損耗插入損耗):能量通過介質，在介質中所損失的能量。能量通過介質，在介質中所損失的能量。 注：不良之注：不良之IL在信號傳送上會因過度衰減或異常增幅而影響資料傳送品質，在信號傳送上會因過度衰減或異常增幅而影響資料傳送品質， 在生產上可能因共模線圈、耦合線圈之不理想性（

22、在生產上可能因共模線圈、耦合線圈之不理想性（TR、Lk、DCR)及配線及配線 雜散電容過大等形成不良。雜散電容過大等形成不良。 Insertion Loss (IL): 插入損耗插入損耗 IEEE 802.3 沒有對插入損耗定義規(guī)格. 一般的IL規(guī)格要求是: 1.1dB MAX 100KHz to 100MHz for 10/100/1000 magnetics. 相當于12%的能量損失. 成 功 源 于 責 任 測試方法(I/L): 成 功 源 于 責 任 12、Return Loss(返回損耗返回損耗):反射損耗是用來描述實測阻抗與反射損耗是用來描述實測阻抗與 標準阻抗不同或不匹配的程度標

23、準阻抗不同或不匹配的程度,不同和不匹配既包括幅值大小不同和不匹配既包括幅值大小 的不同又包括相位角的不同的不同又包括相位角的不同.反射損耗的單位是分貝反射損耗的單位是分貝,反射損反射損 耗的運算式如下：耗的運算式如下： 注：不良之注：不良之RL在信號傳送上會因阻抗不匹配造成之反射而影響在信號傳送上會因阻抗不匹配造成之反射而影響 資料傳送品質資料傳送品質. Return Loss (RL): 反射損耗 IEEE 802.3 對對RL的規(guī)定的規(guī)定: -16dB MIN from 1MHz to 40MHz -10+20Lg(f/80 MHz) dB min from 40MHz to 100MHz Load: 100Ohm +/-15% 成 功 源 于 責 任 測試方法(R/L): 成 功 源 于 責 任 13、Crosstalk (近端串擾抑制近端