LAN 자기이더넷 트랜스포머 또는 네트워크 격리 자석으로도 알려진 이더넷 트랜스포머는 유선 이더넷 인터페이스의 필수 구성 요소입니다.일반 모드 소음 억제, 그리고 지원이더넷 전원(PoE) LAN 자기계의 적절한 선택과 검증은 신호 무결성, 전자기 호환성 (EMC), 시스템 안전성 및 장기 신뢰성에 직접 영향을 미칩니다.
이 엔지니어링에 초점을 맞춘 가이드는 LAN 자기 설계 원칙, 전기 사양, PoE 성능, EMI 행동,그리고 검증 방법론이 프로그램은 엔터프라이즈, 산업 및 미션-크리티컬 애플리케이션에서 이더넷 인터페이스 설계에 참여하는 하드웨어 엔지니어, 시스템 아키텍트 및 기술 인력 확보 팀에 대한 것입니다.
◆ 이더넷 속도 및 표준 지원
PHY 및 링크 요구 사항에 매그네틱스를 맞추기
LAN 자석은 목표 이더넷 물리적 계층 (PHY) 및 지원 데이터 속도와 신중하게 일치해야합니다. 일반적인 표준에는 다음이 포함됩니다.
10BASE-T (10 Mbps)
100BASE-TX(100 Mbps)
1000BASE-T1Gbps
2.5GBASE-T 및 5GBASE-T (멀티 기가비트 이더넷)
10GBASE-T (10Gbps)
멀티 기가비트 이더넷에 대한 신호 대역폭 고려 사항
멀티 기가 비트 이더넷은 신호 대역폭을 100MHz 이상 확장합니다. 2.5G, 5G 및 10G 링크의 경우 자석은 낮은 삽입 손실, 평면 주파수 응답을 유지해야합니다.그리고 눈의 열과 기동 마진을 유지하기 위해 200MHz 이상의 최소 단계 왜곡.
◆ 격리 전압 (Hipot) 과 격리 수준
1산업의 기본 요구 사항
기본 다이렉트릭전압을 견딜 수 있습니다표준 이더넷 포트의 요구 사항은 60초 동안 ≥1500 Vrms이며, 사용자 안전과 규제 준수를 보장합니다.
2산업 및 고 신뢰성 고립 수준
산업, 야외 및 인프라 장비는 일반적으로 2250 ~ 3000 Vrms의 강화 된 단열을 필요로하며 철도, 에너지,그리고 의료 시스템은 높은 안전성과 신뢰성 요구 사항을 충족시키기 위해 4000~6000 Vrms 격리를 요구할 수 있습니다..
3히포트 테스트 방법 및 수용 기준
히포트 테스트는 50~60 Hz에서 60 초 동안 수행됩니다. IEC 62368-1 시험 조건에서는 다이 일렉트릭 고장 또는 과도한 누출 전류가 허용되지 않습니다.
4LAN 트랜스포머의 전형적인 격리 등급
적용 범주
격리 전압 등급
시험 기간
적용가능한 기준
전형적인 사용 사례
표준 상용 이더넷
1500Vrms
60초
IEEE 802.3, IEC 62368-1
기업 스위치, 라우터, IP 전화
강화된 단열 이더넷
2250~3000 Vrms
60초
IEC 62368-1, UL 62368-1
산업용 이더넷, PoE 카메라, 야외 AP
높은 신뢰성 산업용 이더넷
4000~6000Vrms
60초
IEC 60950-1, IEC 62368-1, EN 50155
철도 시스템, 전력 전원, 자동화 제어
의료 및 안전 중요 이더넷
≥4000 Vrms
60초
IEC 60601-1
의료 영상, 환자 모니터링
야외 및 열악한 환경 네트워크
3000~6000Vrms
60초
IEC 62368-1, IEC 61010-1
감시, 교통, 도로변 시스템
엔지니어링 참고
1500Vrms 60초 동안이기준 격리 요구 사항표준 이더넷 포트
≥3000 Vrms일반적으로 요구됩니다.산업 및 야외 시스템급증과 일시적인 견고성을 향상시키기 위해서요.
4000~6000Vrms고립은 일반적으로철도, 의료 및 중요 인프라환경.
더 높은 격리 등급은크리핑 및 클리어런스 거리가 더 커직접적으로 영향을 미치는트랜스포머 크기 및 PCB 레이아웃.
◆ PoE 호환성 및 DC 전류 등급
IEEE 802.3af, 802.3at, 그리고 802.3bt 전력 클래스
이더넷 전력 (Power over Ethernet, PoE) 은 트위스트 페어 케이블링을 통해 전력 전달과 데이터 전송을 가능하게 한다. 지원 표준으로는 IEEE 802.3af (PoE), 802.3at (PoE+), 802 등이 있다.3bt (PoE++ 타입 3 및 타입 4).
표준
일반명
PoE 타입
PSE에서 최고 전력
맥스 파워 경찰서
명소 전압 범위
쌍 세트당 최대 DC 전류
사용 된 쌍
전형적 사용법
IEEE 802.3af
PoE
1형
15.4W
12.95W
44~57V
350mA
2쌍
IP 전화기, 기본 IP 카메라
IEEE 802.3at
PoE+
2형
30.0W
25.5W
50~57V
600mA
2쌍
Wi-Fi AP, PTZ 카메라
IEEE 802.3bt
PoE++
3형
60.0W
51.0W
50~57V
600mA
4쌍
멀티 라디오 AP, 얇은 클라이언트
IEEE 802.3bt
PoE++
유형 4
90.0W
71.3W
50~57V
960mA
4쌍
LED 조명, 디지털 사이니지
중앙 탭 전류 용량 및 열 제한
PoE는 트랜스포머 중앙 탭을 통해 DC 전류를 주입합니다. PoE 클래스에 따라 자석은 포화 또는 과도한 열 상승이 발생하지 않고 쌍 세트 당 350 mA에서 거의 1 A까지 안전하게 처리해야합니다.
트랜스포머 포화 및 PoE 신뢰성
불충분한 포화 전류 (Isat) 는 인덕턴스 붕괴, 저하된 EMI 억제, 삽입 손실 증가 및 가속 열 스트레스로 이어집니다.고전력 PoE 시스템은 최적화된 핵심 기하학과 저손실 자기 물질을 필요로 합니다..
◆주요 자기 및 전기 매개 변수
● 자기화 인덕턴스 (Lm)
전형적인 기가비트 설계는 100kHz에서 측정되는 350~500μH를 필요로 한다. 적절한 Lm는 저주파 신호 결합과 기본 안정성을 보장한다.
● 누출 인덕턴스
낮은 누출 인덕텐스는 고주파 결합을 개선하고 파형 왜곡을 줄인다. 0.3μH 이하의 값은 일반적으로 선호된다.
● 회전 비율 과 상호 결합
이더넷 트랜스포머는 일반적으로 1:1 회전 비율을 사용하여 꽉 결합 된 윙링을 사용하여 차차 모드 왜곡을 최소화하고 임피던스 균형을 유지합니다.
● DC 저항 (DCR)
낮은 DCR는 PoE 부하 하에서 전도 손실과 열 상승을 감소시킵니다. 전형적인 값은 윙 하나 당 0.3 ~ 1.2 Ω입니다.
● 포화 전류 (Isat)
이사트는 인덕턴스 붕괴 이전 DC 전류 수준을 정의합니다. PoE++ 디자인은 종종 1 A를 초과하는 이사트를 요구합니다.
◆ 신호 완전성 측정 및 S-파라미터 요구 사항
▶ 운영 대역 을 가로지르는 삽입 손실
삽입 손실은 직접적으로 자기 구조와 횡단 기생물들에 의해 도입 된 신호 약화를 반영합니다. 1000BASE-T 응용 프로그램에서 삽입 손실은 아래로 유지해야합니다.11~100MHz에서 0.0dB, 그 동안2.5G, 5G 및 10GBASE-T, 손실은 일반적으로2.0 dB 최대 200MHz 이상.
과도한 삽입 손실은 눈 높이를 줄이고 비트 오류율 (BER) 을 증가시키고 링크 마진을 저하시키며 특히 긴 케이블 라운드 및 고온 환경에서 발생합니다.엔지니어들은 항상 삽입 손실을 평가해야 합니다부착되지 않은 S 파라미터 측정제어된 임피던스 조건에서
▶ 환원 손실 과 저항 일치
반환 손실은 자기와 이더넷 채널 사이의 임피던스 불일치를 정량화합니다.작동 주파수 대역을 가로지르는 16 dB일반적으로 신뢰할 수 있는 기가비트 및 멀티 기가비트 링크에 필요합니다.
적당한 임피던스 매칭은 신호 반사, 눈 닫기, 기본선 방황, 그리고 긴장 증가를 초래합니다.더 엄격한 반환 손실 목표 (일반적으로 18 dB 이상) 는 더 좁은 신호 마진으로 인해 권장됩니다..
▶ 교류 성능 (NEXT 및 FEXT)
근단 교향 (NEXT) 및 멀리 끝 교향 (FEXT) 은 인접한 미분 쌍 사이의 원치 않는 신호 결합을 나타냅니다. 낮은 교향은 신호 마진을 보존하고 타이밍 편향을 최소화합니다.전자기 호환성을 향상시킵니다..
고품질의 LAN 자석은 짝과 짝의 결합을 최소화하기 위해 엄격하게 제어 된 윙 기하학과 보호 구조를 사용합니다.멀티 기가비트 및 고밀도 PCB 레이아웃.
▶ 일반 모드 질식 (CMC) 특성 과 EMI 제어
주파수 반응 및 임페던스 곡선
일반 모드 질식 (CMC) 은 광대역을 억제하는 데 필수적입니다.전자기 간섭(EMI) 는 고속 차차 신호에 의해 생성됩니다. CMC 임피던스는 일반적으로1MHz에서 10오엄에100MHz 이상의 몇 킬로오프, 고주파 일반 모드 잡음을 효과적으로 완화합니다.
잘 설계된 임피던스 프로파일은 과도한 차차 모드 삽입 손실을 도입하지 않고 효과적인 EMI 억제를 보장합니다.
CMC 성능에 대한 DC 편차 효과
PoE가 가능한 시스템에서, 질식 코어를 통해 흐르는 DC 전류는 효과적인 투과성과 임피던스를 감소시키는 자기 편차를 도입합니다.PoE+, PoE++, 고전력 4형 애플리케이션.
DC 편향 아래 EMI 억제를 유지하기 위해, 설계자는 선택해야합니다더 큰 코어 기하학, 최적화된 페리트 재료, 그리고 신중하게 균형 잡힌 윙링 구조포화 없이 높은 DC 전류를 유지할 수 있습니다.
◆에스디, 파동, 번개 면역
♦IEC 61000-4-2 ESD 요구 사항
전형적인 이더넷 인터페이스는±8 kV 접촉 방출 및 ±15 kV 공기 방출 면역IEC 61000-4-2에 따라전용 일시전압 억제 (TVS) 다이오드일반적으로 빠른 ESD 트랜지션을 클램프하는 것이 필요합니다.
♦IEC 61000-4-5 급증 및 번개 보호
산업, 야외 및 인프라 장비는 종종1~4kV 전압 펄스IEC 61000-4-5에서 정의된 초상압 보호는가스 배열 튜브 (GDT), TVS 다이오드, 전류 제한 저항 및 최적화된 지상 구조.
LAN 자석은 주로 격리 및 노이즈 필터링을 제공하지만 격리 무결성과 장기 신뢰성을 보장하기 위해 초상압 스트레스 하에서 검증되어야합니다.
◆열, 온도, 환경 요구 사항
작동 온도 범위
상업용:0°C ~ +70°C
산업용:40°C ~ +85°C
확장 산업용:40°C ~ +125°C
확장 온도 설계는 열 유동 및 성능 저하를 방지하기 위해 전문적인 핵심 재료, 고온 단열 시스템 및 저손실 윙링 전도기를 필요로합니다.
PoE로 인한 열 상승
PoE는 중요한 DC 구리 손실과 코어 손실을 도입합니다. 특히 고 전력 작동 하에서. 열 모델링은전도성 손실, 자기 히스테리세스 손실, 주변 공기 흐름, PCB 구리 확산 및 장 장 ventilation.
과도한 온도 상승은 단열 노화를 가속화하고 삽입 손실을 증가시키고 장기적인 신뢰성 고장을 일으킬 수 있습니다.전체 PoE 부하에서 40°C 이하의 열 상승 경계가일반적으로 산업용 디자인에 사용되죠.
◆기계적, 포장적, 그리고 PCB 발자국 고려
매그잭 대 디스크리트 매그네틱
통합된 MagJack 커넥터는 RJ45 잭과 자석을 하나의 패키지로 결합하여 조립을 단순화하고 PCB 면적을 줄입니다.디스크리트 마그네틱은 EMI 최적화, 임피던스 튜닝 및 열 관리를 위해 뛰어난 유연성을 제공합니다., 고성능, 산업 및 멀티 기가비트 설계에 적합합니다.
패키지 유형: SMD 및 뚫린 구멍
표면 장착 (SMD) 자석자동 조립, 컴팩트 PCB 레이아웃 및 대용량 제조를 지원합니다.향상 된 기계적 견고성 및 더 높은 미끄러짐 거리가, 종종 산업 및 진동에 취약한 환경에서 선호됩니다.
기계적 매개 변수패키지 높이, 핀 피치, 발자국 방향 및 방패 펀딩 구성PCB 레이아웃의 제한 및 장막 설계 요구 사항에 맞춰져야 합니다.
◆시험 조건 및 측정 방법
1인덕턴스 및 누출 측정 기술
측정은 일반적으로 100 kHz에서 낮은 흥분 전압 하에서 캘리브레이트된 LCR 미터를 사용하여 수행됩니다.
2히포트 테스트 절차
다이렉트릭 테스트는 제어 환경에서 60초 동안 정량 전압에서 수행됩니다.
3S 파라미터 측정 설정
벡터 네트워크 분석기, 내장된 장착 장치가 없으므로 높은 주파수의 정확한 특징을 보장합니다.
◆실제 실험실 검증 절차
들어오는 검사 및 기계 검증
차원, 표시 및 용접성 검사는 생산의 일관성을 보장합니다.
전기 및 신호 무결성 검사
임피던스, 삽입 손실, 반환 손실, 그리고 크로스 스톡 검증을 포함합니다.
PoE 스트레스 및 열 검증
확장 DC 전류 테스트는 열 마진과 포화 안정성을 검증합니다.
◆설계 및 조달에 대한 승인 체크리스트
표준 준수 (IEEE, IEC)
전기 성능 마진
PoE 전류 능력
열 신뢰성
EMI 억제 효과
기계적 호환성
◆일반적 인 실패 방법 과 공학 에 대한 함정
PoE 부하 하에서의 핵 포화
고립 등급이 충분하지 않음
높은 주파수에서 높은 삽입 손실
적당한 EMI 억제
◆LAN 자석에 관한 자주 묻는 질문
Q1: 멀티 기가비트 설계에는 특수 자석이 필요합니까?
네, 멀티 기가비트 이더넷은 더 넓은 대역폭, 더 적은 삽입 손실,
Q2: PoE 호환성이 기본으로 보장되는가?
제1호 동류 등급, 포화 전류 (Isat) 및 열행동은 명시적으로 검증되어야 합니다.
질문 3: 자기성 만으로도 돌파구 보호 가 가능 합니까?
아니, 외부 전압 보호 부품이 필요해
Q4: 기가비트 이더넷에 필요한 자석 인덕턴스는 무엇입니까?
100kHz에서 측정된 350~500μH는 전형적입니다.
Q5: PoE 전류가 트랜스포머 포화도에 어떻게 영향을 미치나요?
DC 편향은 자기 투명성을 감소시키고, 잠재적으로 핵을 포화로 이끌고 왜곡과 열 스트레스를 증가시킵니다.
Q6: 고 단열 전압은 항상 더 좋습니까?
아니. 더 높은 등급은 크기와 비용, PCB 간격 요구 사항을 증가시키고 시스템 안전 요구 사항에 부합해야합니다.
Q7: 통합된 마그 잭은 분리 된 자석과 동등합니까?
그들은 전기적으로 비슷하지만, 사분석 자석은 더 큰 레이아웃과 EMI 최적화 유연성을 제공합니다.
Q8: 어떤 삽입 손실 수준이 허용됩니까?
기가비트의 경우 1 dB 이상 100 MHz 이상, 멀티 기가비트의 경우 2 dB 이상 200 MHz 이상이다.
Q9: PoE 자석이 PoE가 아닌 시스템에서 사용될 수 있습니까?
네, 완전히 후퇴 호환이 가능해요
Q10: 어떤 레이아웃 오류가 성능을 저하시키는 경우가 가장 많습니까?
비대칭 라우팅, 불량 임피던스 제어, 과도한 스터브, 그리고 부적절한 지상화
◆결론
LAN 자기이더넷 인터페이스 설계의 기본 구성 요소이며, 신호 무결성, 전기 안전성, EMC 준수 및 장기 시스템 신뢰성에 직접 영향을 미칩니다.그들의 성능은 데이터 전송 품질뿐만 아니라 PoE 전력 공급의 안정성에 영향을 미칩니다., 돌파구 면역, 열 안정성.
트랜스포머 대역폭을 PHY 요구 사항에 맞추고, 격리 등급과 PoE 전류 능력을 확인하고, 자기 매개 변수와 EMC 행동을 검증하는 것,엔지니어들은 단순한 수동적인 구성 요소가 아닌 시스템 수준의 관점에서 LAN 자석을 평가해야합니다.규율적인 검증 작업 흐름은 현장 오류와 비용이 많이 드는 재설계 주기를 크게 줄입니다.
이더넷은 멀티 기가비트 속도와 높은 PoE 전력 수준으로 계속 발전함에 따라, 투명한 데이터 시트, 엄격한 테스트 방법론에 의해 지원되는 신중한 부품 선택,음향 레이아웃, 기업, 산업 및 미션 크리티컬 애플리케이션에서 신뢰할 수 있고 표준을 준수하는 네트워크 장비를 구축하는 데 필수적입니다.