网口变压器下方是否要挖空探讨

一. 引言

1. RJ45组成

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，网络变压器和RJ45连接座是分开的，另一种是网络变压器和RJ45集成在一起。RJ45连接座又分为带屏蔽与不带屏蔽两种。

2. RJ45的下方地平面处理

RJ45下方的地平面处理方式通常有以下三种形式：

1）大多数的处理方式是：RJ45和网络变压器下方做净空处理，即其下方所有层挖空。

2）变压器的两边做割地处理：即RJ45连接组和变压器的次级线圈用单独的隔离地，隔离区域100mil以上，且在这个隔离区域下方没有电源和地层存在。

3）直接将系统地覆盖在RJ45连接器下方。

那到底哪一种才是正确的处理方式？

二. 选择分析

1. 网络变压器的作用

首先我们来了解一下网络变压器的作用。

从理论上来说，不接变压器，PHY之间直连也能正常工作，但是传输距离很受限制。另外，不同的PHY电平要求也不一样，外部对芯片的干扰也较大，不接网络变压器，传输信号质量就会很差。而有了网络变压器，可以匹配不同的电平，抗干扰能力也极大的提高，具体来说有以下好处：

1) 抑制共模干扰

网络变压器有共模电感，能有效滤除共模干扰，保障信号高质量传输。

2) 电气隔离

因为变压器的作用，信号是通过电磁传播的，能有效隔离PHY和RJ45端的直流分量。当接到不同电平（比如有些PHY是2.5V，有些是3.3V）的网口时，网络变压器仅耦合交流信号，使得电平与PHY端保持一致，保护PHY芯片。同时，还能使芯片端与外部隔离，抗干扰能力大大增强。

3) 信号增强

由于有共模电感以及中心抽头电容的存在，能有效滤除信号中的杂波，优化传输波形。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. 网络变压器下方挖空的作用

1）设计目标

在回答网络变压器下方是否挖空，先来了解一下RJ45布线需要达到的整体设计目标。

目标1：ESD防护。802.3标准规定以太网PHY必须与系统的其余部分隔离，以便在50~60Hz的频率下承受高达1500V的高压交流60秒。

目标2：噪音隔离。应防止线缆上拾取的任何噪声耦合回PHY和PCBA上的其余部分；

目标3：共模噪声分流。任何接地区域中的共模噪声都应通过低阻抗路径从网络变压器和PHY侧转移。

2）不同设计方式

第一种方式：系统地直接延伸到RJ45连接器下方，如图2所示

这种方式，接地层为外部噪声和ESD脉冲提供了耦合到PHY和其他器件提供了低阻抗路径。是否这种方式就不能采用呢？

如果采用的RJ45连接器是带屏蔽外壳的，且RJ45屏蔽外壳与机壳连接阻抗极低，那么静电ESD脉冲或者噪声可以立即分流到机壳。这种情况下，直接系统地延伸到RJ45连接器下方也是可以的。

第二种方式：系统地与RJ45连接器下方的地分离。

这种接地方式只适用于网络变压器与RJ45连接器分离的场合。Bob Smith电路的地要与机壳地直连。信号线上的浪涌泄放路径：RJ45→变压器→中心抽头→75Ω电阻→电容→壳地，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→壳地，要求电阻和电容能抗住4KV浪涌冲击，如下图所示。这种情况下，能够很好的隔离ESD和共模噪声对PHY和其他器件的影响，且不要求RJ45必须带屏蔽壳。