一种替代以太网变压器的电容耦合电路的制作方法

1.本实用新型涉及网络通信设备领域，具体为一种替代以太网变压器的电容耦合电路。


背景技术：

2.以太网在现代通信领域中占有极为重要的作用，作为现在最广泛使用的局域网，遵循ieee802.3协议要求，包括标准以太网(10mbit/s)、快速以太网(100mbit/s)、千兆以太网(1000mbit/s)和10g(10gbit/s)以太网。目前千兆以太网甚至10g以太网正在全球市场推动下不断拓展应用范围，数量与日俱增。但是在传统的以太网口基本应用电路中，为了满足高压隔离、防止电磁干扰和长距离通信的要求，网络变压器连接于含phy功能的芯片和rj45连接器之间，已经成为不可或缺的一部分，支持长达100m网线的信号通信。然而，在一些楼道等空间受限或者安防或其它物联网的应用场景中，运营商对于设备小型化的需求越来越强烈，网络变压器尺寸较大，占据设备较大空间。
3.传统以太网口应用电路中，无一例外地都使用了网络变压器，对于一些需要小型化、便携化设计的产品，网络变压器占据了较大空间，增加产品pcb上布局布线的复杂度，产品受限于仅剩的面积而无法加入更多的功能，不利于用户的体验。某些场合可以采用rj45与以太网变压器合一的集成变压器，相对节省空间，但导致成本增加较多。特别对于多个网口需求的应用场景，成本因素将不利于设备的实现和推广。而且，传统变压器内部的配置较为多样，有共模电感位于phy侧的，有共模电感位于rj45侧的，有两边都有的；有带自耦变压器，也有不带的；共模电感有双线并绕的，也有三线并绕的。不同的变压器封装各异，一旦在调试中发现需要更换，可能因为变压器封装不同，不得不进行改版，导致研发周期延长。为此，需要研究如何能够低成本替代传统的以太网变压器。


技术实现要素：

4.本实用新型针对现有技术中存在的技术问题，提供一种替代以太网变压器的电容耦合电路来解决运营商对于设备小型化的需求越来越强烈，网络变压器尺寸较大，占据设备较大空间的问题。
5.本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种替代以太网变压器的电容耦合电路，包括共模电感、自耦变压器、差模tvs、自耦变压器的中心抽头和两个耦合电容，所述共模电感一端的两个接口连接在phy一侧，差模tvs的两端连接在共模电感一端的两个接口上，共模电感另一端的两个接口上分别与电容c1和电容c2的一端相连，自耦变压器的一端与电容c1相连，自耦变压器的另一端与电容c2相连，所述电容c1和电容c2的一端分别连接在rj45一侧，自耦变压器的中心抽头一端接自耦变压器，另一端接地。
6.本实用新型的有益效果是：
7.电容耦合是交流耦合，信号耦合的效果不比以太网变压器差，耦合电容用来避免网路含有的直流成份进入另一网路，这是是利用耦合电容本身理论上于直流电的阻值是无
限大的特性，而耦合电容容量则决定能通过网路的频率(低频截止点)，耦合电容量越大，低频截止点越低。也有机会吸入更多低频杂讯，若容量过小，会使过多低频段被衰减，会造成ieee测不过的问题，自耦变压器提供平衡线圈，横向的自耦变压器中心抽头接地即到参考面的低阻抗连接，在纵向共模电感增大共模阻抗基础上进一步增加共模抑制，由于自耦变压器的中心抽头直接接大地，对于差共模雷击有很好的抑制作用，只要差模或共模雷击的最大电流不超过自耦变压器线圈的耐受值都可以通过雷击浪涌测试，而自耦线圈浪涌电流耐受值显然在必要时可以通过增大自耦变压器的线圈线径实现，无需增加压敏，tss半导体放电管，gdt气体放电管也可以实现差共模雷击保护，这样就省去了差共模保护器件的成本，在雷击测试等级较高时，为了进一步降低到phy芯片的残压，需要在phy侧增加差模tvs。
8.在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进：
9.进一步，所述自耦变压器的中心抽头一端接系统地时可在自耦线圈中心抽头添加电源。
10.采用上述进一步方案的有益效果是，通过自耦线圈中心抽头施加pse电源到网口对外供电，或通过自耦电感中心抽头取得外部电源给本机pd用。
11.进一步，所述共模电感两端的接口上分别与电容c1和电容c2的一端相连，所述电容c1和电容c2远离自耦变压器的中心抽头接系统地。
12.进一步，所述自耦变压器的两端分别与共模电感连接phy的两个接口相连，所述自耦变压器的中心抽头一端接自耦变压器和vcc，另一端接系统地。
13.采用上述进一步方案的有益效果是，由于小型网络通信设备多为不接地的，phy芯片可选activephy芯片，即电压驱动型，两个耦合电容移近到rj45侧，可以避免自耦变压器中心抽头接系统地时，与耦合电容两边作为分界线隔地交叉的问题，不接大地的设备，无需考虑对地隔离，因此共模雷击，没有放电回路，只要注意耦合电容外侧的高压不对系统内部放电即可，这在必要时可通过选择较高耐压的耦合电容实现，phy芯片使用电流驱动型即current sink phy物理层芯片，因需要通过网线差分对给phy供电，共模电感不能靠近phy芯片，否则会影响phy芯片正常工作，所以自耦变压器移到phy芯片侧。
附图说明
14.图1为传统的以太网变压器电路示意图；
15.图2为本实用新型电容耦合电路示意图；
16.图3为本实用新型active phy芯片电容耦合电路示意图；
17.图4为本实用新型current sink phy物理层芯片电容耦合电路示意图；
具体实施方式
18.以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
19.本实用新型提供了以下优选的实施例：
20.参考图2所示，一种替代以太网变压器的电容耦合电路，共模电感、自耦变压器、差模tvs、自耦变压器的中心抽头和两个耦合电容，所述共模电感一端的两个接口连接在phy一侧，差模tvs的两端连接在共模电感一端的两个接口上，共模电感另一端的两个接口上分
别与电容c1和电容c2的一端相连，自耦变压器的一端与电容c1相连，自耦变压器的另一端与电容c2相连，所述电容c1和电容c2的一端分别连接在rj45一侧，自耦变压器的中心抽头一端接自耦变压器，另一端接地，电容耦合是交流耦合，信号耦合的效果不比以太网变压器差，耦合电容用来避免网路含有的直流成份进入另一网路，这是是利用耦合电容本身理论上于直流电的阻值是无限大的特性，而耦合电容容量则决定能通过网路的频率(低频截止点)，耦合电容量越大，低频截止点越低。也有机会吸入更多低频杂讯，若容量过小，会使过多低频段被衰减，会造成ieee测不过的问题，自耦变压器提供平衡线圈，横向的自耦变压器中心抽头接地即到参考面的低阻抗连接，在纵向共模电感增大共模阻抗基础上进一步增加共模抑制，由于自耦变压器的中心抽头直接接大地，对于差共模雷击有很好的抑制作用，只要差模或共模雷击的最大电流不超过自耦变压器线圈的耐受值都可以通过雷击浪涌测试，而自耦线圈浪涌电流耐受值显然在必要时可以通过增大自耦变压器的线圈线径实现，无需增加压敏，tss半导体放电管，gdt气体放电管也可以实现差共模雷击保护，这样就省去了差共模保护器件的成本，在雷击测试等级较高时，为了进一步降低到phy芯片的残压，需要在phy侧增加差模tvs，共模电感可选ycm0805f2sf-801t01或类似型号，耦合电容推荐0.1uf10％0402 25v smd mc x5r，自耦变压器可选ycm1206f2sf-600t01-lcm，tvs具体型号推荐采用esd73011n或bv03cw等。
21.本实施例中，如图3所示，所述所述共模电感两端的接口上分别与电容c1和电容c2的一端相连，所述电容c1和电容c2远离自耦变压器的中心抽头接系统地。由于小型网络通信设备多为不接地的，phy芯片可选active phy芯片，即电压驱动型，两个耦合电容移近到rj45侧，可以避免自耦变压器中心抽头接系统地时，与耦合电容两边作为分界线隔地交叉的问题，不接大地的设备，无需考虑对地隔离，因此共模雷击，没有放电回路，只要注意耦合电容外侧的高压不对系统内部放电即可，这在必要时可通过选择较高耐压的耦合电容实现，共模电感可选ycm0805f2sf-801t01或类似型号，耦合电容推荐0.1uf10％0402 25v smd mc x5r，自耦变压器可选ycm1206f2sf-600t01-lcm。
22.本实施例中，如图4所示，所述自耦变压器的两端分别与共模电感连接phy的两个接口相连，所述自耦变压器的中心抽头一端接自耦变压器和vcc，另一端接系统地。phy芯片使用电流驱动型即current sink phy物理层芯片，因需要通过网线差分对给phy供电，共模电感不能靠近phy芯片，否则会影响phy芯片正常工作，所以自耦变压器移到phy芯片侧，共模电感可选ycm0805f2sf-801t01或类似型号，耦合电容c1-c8推荐0.1uf10％0402 25v smd mc x5r，自耦变压器可选ycm1206f2sf-600t01-lcm，c9-c12,一般推荐104即0.1uf。
23.本实用新型的有益效果具体体现在以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。