โมดูลแม่เหล็กอีเธอร์เน็ต (หรือที่เรียกว่า LAN magnetics) อยู่ระหว่าง Ethernet PHY และ RJ45/สายเคเบิล และให้ฉนวนกัลวานิก, การเชื่อมต่อแบบดิฟเฟอเรนเชียล และการปราบปรามสัญญาณรบกวนโหมดทั่วไป การเลือกแม่เหล็กที่ถูกต้อง—จับคู่ OCL, การสูญเสียการแทรก/การส่งคืน, ระดับฉนวน และขนาด—ป้องกันความไม่เสถียรของลิงก์, ปัญหา EMI และความล้มเหลวในการทดสอบความปลอดภัย
นี่คือคู่มือที่เชื่อถือได้สำหรับโมดูลแม่เหล็กอีเธอร์เน็ต: ฟังก์ชัน, ข้อมูลจำเพาะหลัก (350µH OCL, ฉนวน ~1500 Vrms), ความแตกต่างระหว่าง 10/100 กับ 1G, เค้าโครง และรายการตรวจสอบการเลือก
★ โมดูลแม่เหล็กอีเธอร์เน็ตทำอะไร?
A โมดูลแม่เหล็กอีเธอร์เน็ต ทำหน้าที่สามอย่างที่เกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิด:
- ฉนวนกัลวานิก มันสร้างเกราะป้องกันความปลอดภัยระหว่างสายเคเบิล (MDI) และตรรกะดิจิทัล ปกป้องอุปกรณ์และผู้ใช้จากไฟกระชากและเป็นไปตามแรงดันไฟฟ้าทดสอบความปลอดภัย แนวทางปฏิบัติของอุตสาหกรรมและคำแนะนำของ IEEE โดยทั่วไปกำหนดให้มีการทดสอบความทนทานต่อฉนวนบนพอร์ต — โดยทั่วไปแสดงเป็น ~1500 Vrms เป็นเวลา 60 วินาที หรือการทดสอบพัลส์ที่เทียบเท่ากัน
- การเชื่อมต่อแบบดิฟเฟอเรนเชียลและการจับคู่ความต้านทาน หม้อแปลงให้การเชื่อมต่อแบบดิฟเฟอเรนเชียลแบบแตะตรงกลางที่จำเป็นโดย Ethernet PHYs และช่วยกำหนดช่องสัญญาณเพื่อให้ PHY เป็นไปตามข้อกำหนดการสูญเสียการส่งคืนและมาสก์
- การปราบปรามสัญญาณรบกวนโหมดทั่วไป โช้กโหมดทั่วไป (CMCs) ในตัวช่วยลดการแปลงดิฟเฟอเรนเชียลเป็นทั่วไปและจำกัดการปล่อยมลพิษจากสายเคเบิลคู่บิดเกลียว ปรับปรุงประสิทธิภาพ EMC
บทบาทเหล่านี้พึ่งพาซึ่งกันและกัน: ตัวเลือกฉนวนมีอิทธิพลต่อฉนวนและการคืบคลานของขดลวด พารามิเตอร์ OCL และ CMC ส่งผลต่อพฤติกรรมความถี่ต่ำและ EMI ขนาดและพินเอาต์กำหนดว่าชิ้นส่วนสามารถเป็นตัวแทนการแทนที่แบบดรอปอินได้หรือไม่
★ ข้อมูลจำเพาะหลักของ โมดูลแม่เหล็กอีเธอร์เน็ต
ด้านล่างนี้คือแอตทริบิวต์ที่ทีมวิศวกรรมและการจัดซื้อจัดจ้างใช้เพื่อเปรียบเทียบและรับรองคุณสมบัติของแม่เหล็ก ถือว่าเป็นรายการตรวจสอบขั้นต่ำสำหรับการตัดสินใจเลือกหรือเปลี่ยนใดๆ
ข้อมูลจำเพาะทางไฟฟ้า
| แอตทริบิวต์ |
ทำไมมันถึงสำคัญ |
| มาตรฐานอีเธอร์เน็ต |
10/100Base-T เทียบกับ 1000Base-T กำหนดแบนด์วิดท์และมาสก์ไฟฟ้าที่ต้องการ |
| อัตราส่วนรอบ (TX/RX) |
โดยปกติ 1CT:1CT สำหรับ 10/100; จำเป็นสำหรับการอ้างอิงการแตะตรงกลางและการอ้างอิงโหมดทั่วไปที่ถูกต้อง |
| Open-Circuit Inductance (OCL) |
ควบคุมการจัดเก็บพลังงานความถี่ต่ำและการเดินเตร่พื้นฐาน สำหรับ 100Base-T, OCL ~350 µH (ขั้นต่ำภายใต้เงื่อนไขการทดสอบที่ระบุ) เป็นเป้าหมายเชิงบรรทัดฐานทั่วไป เงื่อนไขการทดสอบ (ความถี่, ไบแอส) จะต้องถูกเปรียบเทียบ ไม่ใช่แค่ตัวเลขเล็กน้อย |
| การสูญเสียการแทรก |
ส่งผลต่อมาร์จิ้นและการเปิดตาข้ามแถบความถี่ PHY (ระบุเป็น dB) |
| การสูญเสียการส่งคืน |
ขึ้นอยู่กับความถี่ — สำคัญต่อการปฏิบัติตามมาสก์ PHY และลดการสะท้อน |
| Crosstalk / DCMR |
ฉนวนคู่ต่อคู่และการปฏิเสธดิฟเฟอเรนเชียล→ทั่วไป; สำคัญกว่าในช่องสัญญาณกิกะบิตแบบหลายคู่ |
| Inter-winding capacitance (Cww) |
มีอิทธิพลต่อการเชื่อมต่อโหมดทั่วไปและ EMC; Cww ที่ต่ำกว่าโดยทั่วไปจะดีกว่าสำหรับภูมิคุ้มกันต่อสัญญาณรบกวน |
| ฉนวน (Hi-Pot) |
ระดับ Hi-Pot (โดยทั่วไป 1500 Vrms) แสดงให้เห็นว่าชิ้นส่วนจะรอดพ้นจากความเครียดของแรงดันไฟฟ้าและเป็นไปตามข้อกำหนดการทดสอบความปลอดภัย/มาตรฐาน |
หมายเหตุเชิงปฏิบัติ: เมื่อเปรียบเทียบเอกสารข้อมูล ให้ตรวจสอบให้แน่ใจว่าความถี่การทดสอบ OCL, แรงดันไฟฟ้า และกระแสไบแอสตรงกัน — ตัวแปรเหล่านี้จะเปลี่ยนค่าการเหนี่ยวนำที่วัดได้อย่างมาก
ข้อมูลจำเพาะทางกลและแพ็คเกจ
- ประเภทแพ็คเกจ: SMD-16P, RJ45 ในตัว + แม่เหล็ก หรือแบบรู
- ขนาดตัวเครื่องและความสูงเมื่อนั่ง: สำคัญสำหรับการเคลียร์แชสซีและขั้วต่อการผสมพันธุ์
- Pinout & footprint: ความเข้ากันได้ของพินเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเปลี่ยนแบบดรอปอิน ตรวจสอบรูปแบบการลงจอดและขนาดแผ่นรองที่แนะนำ
สิ่งแวดล้อม, วัสดุ และการปฏิบัติตาม
- ช่วงอุณหภูมิในการทำงาน / การจัดเก็บ (เชิงพาณิชย์เทียบกับอุตสาหกรรม)
- RoHS & ปราศจากฮาโลเจน สถานะและอัตราการรีโฟลว์สูงสุด (เช่น 255 ±5 °C ทั่วไปสำหรับชิ้นส่วน RoHS)
- วงจรชีวิต / ความพร้อมใช้งาน: สำหรับผลิตภัณฑ์วงจรชีวิตยาว ให้ตรวจสอบการสนับสนุนของผู้ผลิตและนโยบายการเลิกใช้
★ 10/100Base-T เทียบกับ 1000Base-T LAN Magnetics — ความแตกต่างหลัก
การทำความเข้าใจความแตกต่างเหล่านี้ช่วยหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดที่มีค่าใช้จ่ายสูง:
- แบนด์วิดท์สัญญาณและจำนวนคู่ 1000Base-T ใช้สี่คู่พร้อมกันและทำงานที่อัตราสัญลักษณ์ที่สูงขึ้น ดังนั้นแม่เหล็กต้องเป็นไปตามมาสก์การสูญเสียการส่งคืนและการครอสทอล์กที่เข้มงวดกว่า การออกแบบ 10/100 มีแบนด์วิดท์ที่ต่ำกว่าและมักจะทนต่อค่า OCL ที่สูงกว่า
- การรวมและการทำงานของโช้กโหมดทั่วไป โมดูลกิกะบิตโดยทั่วไปต้องใช้ CMCs ที่มีความต้านทานที่เข้มงวดกว่าในวงกว้างกว่าเพื่อควบคุมการเชื่อมต่อแบบคู่ต่อคู่และเป็นไปตาม EMC โมดูล 10/100 มีความต้องการ CMC ที่ง่ายกว่า
- การทำงานร่วมกัน ชุดประกอบแม่เหล็ก 1000Base-T มักจะสามารถตอบสนองความต้องการ 10/100 ได้ทางไฟฟ้า แต่อาจมีราคาแพงกว่า ในทางกลับกัน ชุดประกอบแม่เหล็ก 10/100 โดยทั่วไปไม่เหมาะสำหรับการทำงานแบบกิกะบิต ตรวจสอบความถูกต้องด้วยแนวทางของผู้ขาย PHY และการทดสอบในห้องปฏิบัติการ
เมื่อเลือกที่จะเลือก: ใช้แม่เหล็ก 10/100 สำหรับอุปกรณ์ Fast Ethernet ที่คำนึงถึงต้นทุน ใช้แม่เหล็ก 1000Base-T สำหรับสวิตช์, อัปลิงค์ และผลิตภัณฑ์ที่ต้องการปริมาณงานกิกะบิตเต็มรูปแบบ
★ ทำไม OCL ถึงสำคัญและวิธีอ่านข้อมูลจำเพาะ
Open-Circuit Inductance (OCL) คือค่าการเหนี่ยวนำหลักของหม้อแปลงที่วัดโดยเปิดทุติยภูมิ สำหรับการออกแบบ 10/100Base-T OCL ที่สูงกว่า (โดยทั่วไป ≈350 µH ขั้นต่ำภายใต้ข้อตกลงการทดสอบ IEEE) ช่วยให้มั่นใจได้ว่าแม่เหล็กให้การจัดเก็บพลังงานความถี่ต่ำเพียงพอเพื่อป้องกันการเดินเตร่และหย่อนคล้อยของเส้นฐานในระหว่างเฟรมยาว การเดินเตร่และหย่อนคล้อยของเส้นฐานส่งผลต่อการติดตามตัวรับสัญญาณและอาจนำไปสู่ BER ที่เพิ่มขึ้นหากไม่มีการตรวจสอบ
เคล็ดลับการอ่านที่สำคัญ:
- ตรวจสอบเงื่อนไขการทดสอบ OCL มักจะได้รับที่ความถี่ทดสอบ แรงดันไฟฟ้า และไบแอส DC เฉพาะ ห้องปฏิบัติการต่างๆ รายงานตัวเลขที่แตกต่างกัน
- ดูที่เส้นโค้ง OCL เทียบกับไบแอส OCL ลดลงเมื่อกระแสไบแอสที่ไม่สมดุลเพิ่มขึ้น — ผู้ผลิตมักจะพล็อต OCL ข้ามระดับไบแอส ตรวจสอบค่ากรณีที่แย่ที่สุดที่ใช้ในระบบของคุณ
★ Common-mode Chokes (CMC) — การพิจารณาการเลือกและการพิจารณา PoE
CMC เป็นองค์ประกอบหลักของแม่เหล็กอีเธอร์เน็ต ให้ความต้านทานสูงต่อกระแสโหมดทั่วไปในขณะที่อนุญาตให้สัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลที่ต้องการผ่าน เมื่อเลือก CMCs ให้ใส่ใจกับ:
- เส้นโค้งความต้านทานเทียบกับความถี่ — ทำให้มั่นใจได้ถึงการปราบปรามในแถบความถี่ปัญหา
- พิกัดอิ่มตัว DC — สำคัญสำหรับแอปพลิเคชัน PoE ที่กระแส DC ไหลผ่านการแตะตรงกลางและสามารถไบแอส/อิ่มตัวโช้ก ลด CMRR
- การสูญเสียการแทรกและประสิทธิภาพความร้อน — กระแสไฟสูง (PoE+) สร้างความร้อน ชิ้นส่วนต้องถูกลดค่าหรือตรวจสอบภายใต้กระแส PSE ที่คาดไว้
★ ความเข้ากันได้และการเปลี่ยนโมดูลแม่เหล็กอีเธอร์เน็ต
เมื่อหน้าผลิตภัณฑ์อ้างว่า “เทียบเท่า” หรือ “การเปลี่ยนแบบดรอปอิน” ให้ทำตามรายการตรวจสอบนี้ก่อนที่จะอนุมัติการแทนที่:
- Pinout & footprint ตรงกัน ความไม่ตรงกันใดๆ ที่นี่สามารถบังคับให้มีการออกแบบ PCB ใหม่
- อัตราส่วนรอบและการเชื่อมต่อแบบแตะตรงกลาง ยืนยันการใช้งานการแตะตรงกลางตรงกับการไบแอส PHY
- OCL และการสูญเสียการแทรก/การส่งคืนเท่ากัน ตรวจสอบให้แน่ใจว่าประสิทธิภาพทางไฟฟ้าเท่ากันหรือดีกว่า — และ ยืนยันเงื่อนไขการทดสอบตรงกัน
- Hi-Pot / มาร์จิ้นฉนวน พิกัดความปลอดภัยต้องเท่ากับหรือสูงกว่าต้นฉบับ ﹘1500 Vrms เป็นข้อมูลอ้างอิงทั่วไป
- พฤติกรรมความร้อนและไบแอส DC (PoE) ตรวจสอบความถูกต้องของการอิ่มตัว DC และการลดค่าความร้อนภายใต้กระแส PoE
เวิร์กโฟลว์เชิงปฏิบัติ: เปรียบเทียบ เอกสารข้อมูล บรรทัดต่อบรรทัด ขอตัวอย่าง รันเสถียรภาพของลิงก์ PHY, BER และการสแกนล่วงหน้า EMC บนบอร์ดเป้าหมายก่อนการเปลี่ยนปริมาณมาก
★ เค้าโครง PCB ของโมดูลแม่เหล็กอีเธอร์เน็ต
เค้าโครงที่ดีช่วยหลีกเลี่ยงการเอาชนะแม่เหล็กที่คุณเพิ่งเลือก:
- เก็บ GND keepout ไว้ใต้ตัวแม่เหล็ก ที่แนะนำ — สิ่งนี้ช่วยรักษาประสิทธิภาพโหมดทั่วไปของโช้กและลดการแปลงโหมดโดยไม่ได้ตั้งใจ ปฏิบัติตามบันทึกการใช้งานของผู้ขาย PHY และคำแนะนำในเอกสารข้อมูลแม่เหล็ก
- ลดความยาวของตอ จาก PHY ไปยังแม่เหล็ก — ตอเพิ่มการสะท้อนและสามารถทำลายมาสก์การสูญเสียการส่งคืนได้ สิ่งนี้สำคัญอย่างยิ่งสำหรับการออกแบบกิกะบิต
- เส้นทางแตะตรงกลางอย่างถูกต้อง — โดยทั่วไปไปยังเครือข่ายไบแอส DC (Vcc หรือตัวต้านทานไบแอส) และการแยกตามการอ้างอิง PHY
- การวางแผนความร้อนและการคืบคลาน สำหรับ PoE: รักษาการคืบคลาน/ระยะห่างที่เพียงพอและตรวจสอบการเพิ่มขึ้นของความร้อนเมื่อกระแส PoE ไหล
★ รายการตรวจสอบการทดสอบและการตรวจสอบความถูกต้อง
ก่อนที่จะอนุมัติชิ้นส่วนแม่เหล็กสำหรับการผลิต ให้เรียกใช้การตรวจสอบเหล่านี้:
- การทดสอบลิงก์ PHY: เชื่อมต่อด้วยความเร็วที่ต้องการข้ามสายเคเบิลและความยาวที่เป็นตัวแทน
- การทดสอบ BER / ความเครียด: การถ่ายโอนข้อมูลอย่างต่อเนื่องและเฟรมยาวเพื่อเปิดเผยปัญหาการเดินเตร่ของเส้นฐาน
- การกวาดการสูญเสียการส่งคืน / การสูญเสียการแทรก: ตรวจสอบความถูกต้องกับมาสก์ PHY หรือบันทึกการใช้งานของผู้ขาย
- การทดสอบ Hi-Pot / ฉนวน: ตรวจสอบระดับความทนทานต่อฉนวนตามมาตรฐานเป้าหมาย
- การสแกนล่วงหน้า EMC: การตรวจสอบแบบแผ่รังสีและแบบนำไฟฟ้าอย่างรวดเร็วเพื่อตรวจจับความล้มเหลวที่ชัดเจน
- การทดสอบความร้อน PoE และการอิ่มตัว DC: หากใช้ PoE/PoE+ ให้ตรวจสอบความอิ่มตัวของ CMC และอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นภายใต้กระแส PSE เต็มรูปแบบ
★ คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับโมดูลแม่เหล็ก LAN
Q – OCL หมายถึงอะไรและทำไมจึงระบุ 350 µH?
A – OCL (open-circuit inductance) คือค่าการเหนี่ยวนำที่วัดได้บนหลักโดยเปิดทุติยภูมิ ในคำแนะนำเชิงบรรทัดฐาน 100Base-T ~350 µH ขั้นต่ำ (ภายใต้เงื่อนไขการทดสอบที่ระบุ) ช่วยควบคุมการเดินเตร่ของเส้นฐานและรับประกันการติดตามตัวรับสัญญาณสำหรับเฟรมยาว
Q – จำเป็นต้องมีฉนวน 1500 Vrms หรือไม่?
A – คำแนะนำของ IEEE และมาตรฐานความปลอดภัยที่อ้างอิงมักใช้ 1500 Vrms (60 วินาที) หรือการทดสอบพัลส์ที่เทียบเท่ากันเป็นเป้าหมายการทดสอบฉนวนสำหรับพอร์ตอีเธอร์เน็ต นักออกแบบควรยืนยันเวอร์ชันของมาตรฐานที่เกี่ยวข้องสำหรับหมวดหมู่ผลิตภัณฑ์ของตน
Q – ฉันสามารถใช้ชิ้นส่วนแม่เหล็กกิกะบิตในการออกแบบ Fast Ethernet ได้หรือไม่?
A – ใช่ ทางไฟฟ้า ชิ้นส่วนกิกะบิตมักจะเป็นไปตามหรือเกินกว่ามาสก์ 10/100 แต่ก็อาจมีราคาแพงกว่าและขนาด/พินเอาต์จะต้องเข้ากันได้ ตรวจสอบความถูกต้องของคำแนะนำของผู้ขายและทดสอบในระบบของคุณ
Q – ฉันจะตรวจสอบชิ้นส่วนที่ “เทียบเท่า” ที่อ้างสิทธิ์ได้อย่างไร?
A – จำเป็นต้องมีการเปรียบเทียบเอกสารข้อมูลแบบบรรทัดต่อบรรทัด การทดสอบตัวอย่าง (PHY, BER, EMC) และการตรวจสอบความถูกต้องของพินเอาต์ คำกล่าวอ้างทางการตลาดเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอ
รายการตรวจสอบการเลือกอย่างรวดเร็ว
- ยืนยันความเร็วที่ต้องการ (10/100 เทียบกับ 1G)
- จับคู่รูปแบบอัตราส่วนรอบและการแตะตรงกลาง
- ตรวจสอบ OCL และเงื่อนไขการทดสอบ (350 µH ขั้นต่ำสำหรับกรณี 100Base-T จำนวนมาก)
- ตรวจสอบการสูญเสียการแทรกและการส่งคืนข้ามแถบความถี่ PHY
- ยืนยันพิกัดฉนวน (Hi-Pot) (~1500 Vrms target)
- ตรวจสอบความถูกต้องของขนาด/พินเอาต์และความสูงของแพ็คเกจ
- สำหรับ PoE ให้ตรวจสอบพฤติกรรมความอิ่มตัว DC และความร้อนของ CMC
- ขอตัวอย่างและเรียกใช้ PHY + การทดสอบล่วงหน้า EMC
บทสรุป
การเลือกโมดูลแม่เหล็กอีเธอร์เน็ตที่เหมาะสมคือการตัดสินใจออกแบบที่รวมประสิทธิภาพทางไฟฟ้า ความปลอดภัย และความเข้ากันได้ทางกล ใช้ OCL, การสูญเสียการแทรก/การส่งคืน, ระดับฉนวน และพินเอาต์เป็นประตูหลักของคุณ ตรวจสอบความถูกต้องของข้อเรียกร้องด้วยเอกสารข้อมูลและการทดสอบตัวอย่างบน PHY และเค้าโครงบอร์ดจริงของคุณ
ดาวน์โหลดเอกสารข้อมูล ขอ ไฟล์ footprint หรือ สั่งตัวอย่างวิศวกรรม เพื่อเรียกใช้การตรวจสอบความถูกต้องล่วงหน้า PHY/BER และ EMC บนบอร์ดเป้าหมายของคุณ
