Questions fréquemment poséesPlacement de la self de mode commun dans les transformateurs Ethernet : explication détaillée des scénarios non PoE et PoE – VOOHU

Dans la conception de circuits matériels Ethernet, le transformateur Lan est un composant essentiel qui assure la transmission du signal et assure l'isolation électrique. Le transformateur d'isolement et la self de mode commun (CMC), en tant que deux composants clés du transformateur Ethernet, déterminent directement l'intégrité du signal et l'immunité CEM de l'équipement.

VOOHU Electronics (Suzhou) est profondément impliqué depuis de nombreuses années dans la R&D et l'adaptation de solutions de composants prenant en charge Ethernet tels que les transformateurs Lan et les selfs de mode commun. Sur la base d'un grand nombre de cas de mise en œuvre technique, il a été constaté que la plupart des ingénieurs R&D sont confrontés au même défi de conception : la self de mode commun doit-elle être placée du côté du transformateur Lan le plus proche de la puce PHY, ou du côté le plus proche du connecteur RJ45 (côté câble) ?

Selon les données mesurées par l’équipe technique de VOOHU et les directives de conception standard de l’industrie, il n’existe pas de réponse universelle au placement du CMC. Le cœur dépend de deux facteurs principaux : le type de pilote PHY (mode courant ou mode tension) et la prise en charge ou non de l'appareil par Power over Ethernet (PoE). Ci-dessous, VOOHU explique la logique de conception, le principe de fonctionnement et les directives de sélection/disposition pour chaque scénario, aidant ainsi les ingénieurs à éviter les pièges cachés dans la conception des circuits.

Principe de fonctionnement de base de la self en mode commun (CMC)

Pour comprendre avec précision la logique de mise en page CMC, il faut d'abord comprendre son principe de filtrage. En interne, un CMC est constitué de deux bobines enroulées dans le même sens avec le même nombre de tours, logées dans le même noyau magnétique. Il est spécifiquement conçu pour supprimer le bruit de mode commun lors de la transmission de signaux différentiels dans Ethernet et constitue un composant de filtrage essentiel dans les solutions de prise en charge des transformateurs Ethernet de VOOHU.

En fonctionnement normal, pour le signal de travail différentiel transmis par l'équipement, les flux magnétiques générés par les deux bobines sont égaux en amplitude et en direction opposée, s'annulant ainsi. Le signal passe à travers la self sans perte ni distorsion. Pour le bruit d'interférence de mode commun provoqué par des ESD ou des rayonnements externes, le bruit circule à travers les bobines et crée des flux magnétiques qui s'ajoutent dans la même direction, ce qui fait que le CMC présente une impédance élevée, bloquant le bruit à sa source et l'empêchant d'affecter la stabilité de la communication.

Basé sur le principe de base du CMC et prenant en compte l'alimentation électrique PoE, VOOHU classe deux types de solutions d'implantation, adaptées à la plupart des équipements Ethernet grand public et industriels.

Scénarios non PoE : position CMC déterminée par le type de pilote PHY

Dans les scénarios non PoE où seule la communication de données est requise (pas d'alimentation en 48 V), l'industrie utilise généralement un module de transformateur Lan discret qui intègre le transformateur d'isolement et le CMC, ainsi qu'une prise RJ45 externe pour compléter la connexion réseau. Dans ce scénario, il n’y a pas de polarisation CC haute tension, la saturation du noyau n’est donc pas un problème. Le seul facteur déterminant est l’architecture du pilote PHY. VOOHU propose des recommandations d'aménagement différenciées basées sur ceci :

PHY en mode courant : placement obligatoire côté câble (côté RJ45)

L'émetteur d'un PHY en mode courant est équivalent à une source de courant constant. Son principe de fonctionnement repose sur une charge externe pour convertir le signal de courant constant en signal de tension. Sa prise centrale doit être connectée à une tension d'alimentation de 2,5 V/3,3 V pour établir un chemin de polarisation CC complet pour la source de courant constant.

Ce type de PHY est extrêmement sensible à l'inductance série dans le chemin de retour du signal, ce qui constitue une erreur courante dans la conception de circuits.

Si un CMC conventionnel à 2 fils est placé entre le PHY et le transformateur, l'inductance série du CMC empêchera les changements dynamiques de courant dans le chemin de retour, détruisant le chemin de retour à faible impédance et provoquant directement une distorsion de la forme d'onde du signal et un déséquilibre d'amplitude différentielle. Dans les cas graves, la liaison réseau peut être déconnectée et l'appareil incapable de se connecter.

Par conséquent, pour un PHY en mode courant, la self de mode commun à 2 fils doit être placée du côté secondaire du transformateur, à proximité du côté câble RJ45, pour éviter les anomalies de signal au niveau matériel.

PHY en mode tension : placement flexible, peut être adapté selon les besoins

L'architecture d'un PHY en mode tension est très différente. Son émetteur est équivalent à une source de tension. Son robinet central n'a pas besoin d'une connexion directe à l'alimentation ; seul un condensateur à la terre est requis pour la polarisation. Il présente une tolérance beaucoup plus élevée à l'inductance série dans le chemin de retour du signal.

Que le CMC soit placé du côté PHY ou du côté du câble RJ45, il n'altèrera pas l'intégrité du signal ni n'affectera les performances de communication.

Pour simplifier la disposition des circuits imprimés et réduire les coûts d'approvisionnement et d'assemblage, dans les solutions PHY conventionnelles en mode tension non PoE, VOOHU intègre le CMC directement à l'intérieur du transformateur Lan par défaut, offrant ainsi aux clients une solution unique pour le filtrage et l'isolation.

Scénarios PoE : éviter la saturation du cœur est le principe de conception du cœur

Les scénarios PoE sont couramment utilisés dans les commutateurs industriels, les caméras de surveillance, les points d'accès sans fil, etc. Ils s'appuient sur une haute tension de 48 V CC pour transmettre simultanément des données et de l'alimentation. Dans ce scénario, la polarisation CC introduit un risque de saturation du cœur du CMC, ce qui constitue un défi majeur dans la conception des transformateurs Ethernet PoE.

L’équipe technique de VOOHU souligne : dans les scénarios PoE, le type de pilote PHY n’a pas d’importance. Toutes les architectures de puces doivent être conçues pour éviter la saturation du cœur CMC.

Solution optimale : placez le CMC du côté PHY

Les diodes TVS doivent être placées aussi près que possible du connecteur de bus ou des broches de l'émetteur-récepteur, avec des traces courtes et larges. Il est recommandé de connecter un TVS entre les lignes A et B (protection en mode différentiel) et en plus un TVS de chaque ligne à la terre (protection en mode commun).

Disposition contrainte : conditions et inconvénients du placement côté câble

Si la taille du PCB ou des contraintes de configuration mécanique obligent à placer le CMC du côté du câble RJ45, une self de mode commun à 2 fils conventionnelle ne doit jamais être utilisée. Au lieu de cela, un CMC dédié à 3 fils personnalisé avec une prise centrale (comme ceux de VOOHU) doit être utilisé, permettant au courant 48 V CC de passer par la prise centrale directement dans le transformateur, contournant les enroulements du CMC, évitant ainsi la saturation du noyau et empêchant l'échec du filtrage EMI.

Remarque spéciale : les CMC à 3 fils ont des processus de fabrication plus complexes, des coûts de matériaux plus élevés que les produits à 2 fils ordinaires et un routage plus difficile. Ils ne conviennent qu'à des scénarios soumis à des contraintes particulières et ne sont pas recommandés comme solution générale pour les appareils PoE. Pour les produits PoE produits en série, VOOHU recommande fortement l'utilisation de PoE MagJacks avec des structures internes intégrées (CMC et transformateur intégrés en un seul composant) pour réduire les risques de R&D et de production.

Recommandations de sélection et de mise en page

Scénarios sans PoE
PHY en mode courant : CMC 2 fils fixé côté câble RJ45 ; PHY en mode tension : aucun placement CMC obligatoire. Préférez les transformateurs Lan intégrés avec CMC intégré pour simplifier la conception des PCB.

Scénarios PoE :
PHY en mode courant : CMC 2 fils fixé côté câble RJ45 ; PHY en mode tension : aucun placement CMC obligatoire. Préférez les transformateurs Lan intégrés avec CMC intégré pour simplifier la conception des PCB.

Attention générale :
Dans les scénarios PoE, ne placez jamais un CMC à 2 fils ordinaire directement du côté RJ45. Cela entraîne facilement une saturation du cœur, un rayonnement EMI excessif, une perte de paquets et d'autres défauts, augmentant ainsi les coûts de débogage ultérieurs.

Pour différentes spécifications de puces PHY et niveaux de puissance PoE, VOOHU (Suzhou) peut fournir un transformateur Lan personnalisé ainsi qu'une sélection et une prise en charge de la configuration des selfs en mode commun, aidant ainsi les entreprises à raccourcir les cycles de développement et à améliorer la stabilité des communications et la compatibilité électromagnétique.