以太网电路相关功能说明

RJ45模块用于PHY芯片之间的互连，如图1所示，RJ45有两种组合形式，一种是分立式，网口变压器和RJ45连接座是分开的，另一种是网口变压器和RJ45集成在一起。

接下来以分立式RJ45的百兆网电路做个说明，如图2所示为典型百兆以太网电路。

一. Bob Smith电路

Bob Smith电路，用于提高网络信号的传输质量和减少干扰设计。其主要作用如下：

1）共模抑制

Bob Smith电路为信号线上的共模噪声，提供了一个低阻抗的回流路径

2）阻抗匹配

这里面争议挺大，为什么必须是75Ω，查询了大量资料，仍没有搞清楚，先在此做个记录，留待后续继续弄清楚。

3）浪涌防护

浪涌防护分为共模防护和差模防护，按照IEC61000-4-5雷击浪涌要求，共模要求4KV，差模要求2KV。

先来看看共模防护

信号线上的浪涌泄放路径：RJ45→变压器→中心抽头→75Ω电阻→电容→地；这条路径中的变压器、电阻、电容需要都能抗住4KV浪涌冲击；

NC线上的浪涌泄放路径：RJ45→75Ω电阻→电容→地；要求电阻和电容能抗住4KV浪涌冲击。

PS：对于RJ45未使用的引脚，也必须接上Bob Smith电路，以达到信号阻抗匹配，抑制对外辐射干扰。

接下来看看差模防护。

如图4所示的差模浪涌泄放路径，要求网络变压器本身能抗住2KV浪涌，同时差模会经过变压器耦合到PHY一端，因此要求PHY端能抗住2KV冲击，通常会在数据线上靠近PHY放置双向TVS器件或其他防护措施。

二. 网络变压器

1. 网络变压器作用

1）信号增强

网络变压器通过信号耦合，可以起到增强信号的作用，从而提高信号的传输距离和稳定性，有助于消除信号在远距离传输过程中的衰减，保证数据的正确传输。

2）电气隔离

第一，CMOS芯片产生的信号电平总是大于0V的，PHY输出信号传送到100米甚至更长的地方会有很大的直流分量的损失。

第二，外部网线直接和芯片相连的的话，遭受雷击浪涌和静电，很容易造成芯片损坏。

第三，不同网络设备的PHY要求的电平信号不一样，有1.8V、2.5V、3.3V、5V，不同PHY之间直连，会造成电流从高电势设备流向低电势设备，造成设备损坏。

增加网络变压器不仅能隔离不同电平以及直流分量，而且本身设计为可抗2KV~3KV的电压，可以起到防雷保护作用。

3）共模抑制

网线通常采用双绞线，每一对双绞线中的导线以双螺旋形结构相互缠绕着。对于差模信号而言，它在每一根导线上的电流是以相反方向在一对导线上传送，如果这一对导线是均匀缠绕，这些相反的电流就会产生大小相等，方向相反的磁场，使得它的输出相互抵消。因此不含噪音的差模信号不会产生辐射干扰。而共模信号在一对导线上以相同方向流动，并经过寄生电容到地返回，在这种情况下，电流产生大小相等，方向相同的磁场，它们的输出不能相互抵消，会形成较大的辐射干扰，因此通常共模辐射更严重。

线缆上的噪音分为辐射噪音和传导噪音两大类，这两大类又分为共模噪音和差模噪音两种。

差模传导噪音是电子设备内部噪音电压产生的与信号电流或电源电流相同路径的噪音电流。减小这种噪音的方法是在信号线或电源线上串联差模扼流圈、并联电容或用电感和电容组成低通滤波器，来减小高频的噪音。

差模辐射噪音是在信号电流环路所产生的辐射。这种噪音所产生的电场强度与观测点到信号发射点的距离成正比，与频率的平方成正比，与电流环路面积成正比。这种辐射可以通过以下三种方式抑制。

在信号输入端加LC低通滤波器阻止噪音电流流入线缆；
使用屏蔽线缆或扁平线缆；
在相邻导线中传输回流电流和信号电流，降低环路面积；

共模传导噪音是在设备内噪音电压的驱动下，经过大地与设备之间的寄生电容，在大地与线缆之间流动的噪音电流产生的。减小共模传导噪音的方法是在信号线或电源线中串联共模电感，在地与导线之间并联电容器、组成LC滤波器进行滤波，滤除共模传导噪音。

共模辐射噪音是由于线缆端口上有共模电压，在其驱动下，在线缆和大地之间有共模电流流过，从而产生辐射。这种辐射的强度与观测点的距离成反比，与频率和线缆长度成正比。降低这种辐射，可以通过以下几种方法：

在PCB板上使用地线面降低地线阻抗；
在线缆的端口处使用LC低通滤波器或共模电感；
尽量缩短线缆长度；
使用屏蔽线缆；

2. 网络变压器类型

网络变压器有多种组成形式，主要包括T件、K件和A件。其中T件是变压器（Transformer）、K件是共模扼流圈（Common mode Choke）、A件是中心抽头自耦变压器（Center Tapped Auto-Transformer）。根据组合方式不同分为：单T件网络变压器、T件+K件网络变压器、T件+三线穿环K件网络变压器和T件+K件+A件网络变压器，如下图所示。