CN100367711C

CN100367711C - 具有滤波装置的网口

Info

Publication number: CN100367711C
Application number: CNB2005100691316A
Authority: CN
Inventors: 沈明; 董树国; 吕晗
Original assignee: Hangzhou H3C Technologies Co Ltd
Current assignee: New H3C Technologies Co Ltd
Priority date: 2005-05-10
Filing date: 2005-05-10
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2025-05-10
Also published as: CN1725694A

Abstract

本发明提供了一种具有滤波装置的网口，包括集成网口变压器的连接器；网口变压器的电源输入管脚；以及与外部电源和所述网口变压器电源输入管脚连接的滤波装置；所述滤波装置包括与外部电源连接的感性器件和与地连接的容性器件，所述感性器件与容性器件的公共结点与所述网口变压器电源输入管脚连接；所述滤波装置的数量与所述网口的数量对应，每个滤波装置分别与外部电源和对应的网口电源输入管脚连接。本发明通过为每个网口设计独立的滤波装置，对所有网口噪音源进行隔离和单独滤波，使单个网口的噪音无法相互干扰。

Description

具有滤波装置的网口

技术领域

本发明涉及降低以太网的网口高频电磁辐射技术，尤其是具有滤波装置的网口。

背景技术

随着以太网技术的发展，使用千兆以太网的设备大量普及。目前现有技术中具有滤波装置的网口，通常如图1所示。

图1中，网口变压器和网口连接器组成千兆以太网口。PHY(物理层)芯片输出千兆以太网的千兆数据信号通过各个千兆以太网口向外输出。CT(Center Tap，中心抽头)是网口变压器电源输入管脚，外部电源Vin输入的电流，经过磁珠L和电容C组成的滤波电路后成为Vct，通过CT管脚送入网口变压器。图1中给出了三路网口变压器和网口连接器，即对外有三个千兆以太网口。现有技术中的滤波装置由磁珠L和电容C组成。

但是现有技术的滤波装置存在以下问题：

现有技术中的滤波装置是通过磁珠L和电容C进行滤波，磁珠L对Vin电源进行滤波，防止Vin电源的噪音通过CT管脚进入网口变压器，进一步形成空间电磁辐射。但是，通常磁珠L距离某些网口较远，因此对这些网口的滤波效果有限，导致这些网口的Vct电流容易受到各种噪音干扰，使整个设备对外电磁辐射增强。同时，由于滤波电容自身的频率特点，以及PCB布线产生的寄生电感，使得该滤波装置仅对500MHz以下的噪音有效。

另外，现有技术中的多个网口之间易相互形成噪音干扰。图1所示的千兆以太网口电路中，如果任意一个网口出现强噪音，这些噪音不仅通过本网口向周围空间形成高频电磁辐射，还通过Vct进入其它以太网口，使所有以太网口都对外辐射高频电磁波。由此导致一个以太网口的噪音信号在所有以太网口上形成高频电磁辐射。

而上述高频噪音通过网口连接器输出后将成为强烈的空间高频电磁辐射，而设备的千兆以太网口越多，越密集，通过网口对周围空间的辐射就越强。对于其它电子设备来说，这种强烈的高频电磁信号是一种电磁干扰，严重时会造成其它电子设备工作异常。

目前降低以太网口辐射的滤波装置，一般有两种：

1、通过增加PCB板的层数获得的组合滤波装置，使千兆以太网口的高频信号在PCB板的内层走线，并使用多个额外的地层屏蔽高频信号所在走线层，使各种高频信号不能对外电磁辐射；但是，由于PCB板的价格和层数成正比，PCB层数增加，价格指数级提高，因此该组合滤波装置将导致设备制造成本的急剧增加。

2、在现有滤波装置中大量使用滤波电容，滤除千兆以太网本身产生的高频噪音信号，消除高频噪音信号对外的电磁辐射。但是各种滤波电容由于本身的频率特点，以及PCB布线引入的寄生电感，仅对500M以上的高频电磁信号滤波能力非常有效，因此滤波电容效率低下，同时大量使用高性能的高频滤波电容将导致设备成本的大幅度增加。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：提供一种具有滤波装置的网口，能够降低以太网各网口的电磁辐射干扰，且成本低廉。

为解决上述技术问题，本发明提供一种具有滤波装置的网口，包括：

集成网口变压器的连接器；

网口变压器的电源输入管脚；以及

与外部电源和所述网口变压器电源输入管脚连接的滤波装置；所述滤波装置包括与外部电源连接的感性器件和与地连接的容性器件，所述感性器件与容性器件的公共结点与所述网口变压器电源输入管脚连接；

所述滤波装置的数量与所述网口的数量对应，每个滤波装置分别与外部电源和对应的网口电源输入管脚连接。

其中，所述滤波装置还包括位于印刷电路板信号层的金属片，所述金属片与印刷电路板的地层形成寄生电容；并且所述金属片与所述网口的网口变压器的电源输入管脚连接。

其中，所述滤波装置位于所述网口连接器的前端。

其中，所述感性器件、容性器件、寄生电容以及网口变压器的电源输入管脚均用金属片连接。

其中，所述容性器件一端放置在与网口电源输入管脚电气属性相同的金属片上，另一端放置在地属性的金属片上，所述地属性金属片通过过孔与所述印刷电路板的地层连接。

其中，该印刷电路板的底面包括铜片。

其中，所述寄生电容的容量的取值范围为4.7p～10p。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明为每个网口设计独立的滤波装置，对所有网口噪音源进行隔离和单独滤波，使单个网口的噪音无法相互干扰。

进一步，印刷电路板上增加金属片，使金属片与印刷电路板形成寄生电容，利用寄生电容自身的滤波特性为所述网口提供了理想的高频滤波回路，能够滤除500MHz以上频段的噪音；由于该寄生电容位于网口的输入端附近，因此能够直接滤除网口产生的噪音，从而避免了各网口之间的相互干扰。同时由于该电容是由PCB板内部产生，因此不必添加额外贵重器件，成本低廉。

另外，本发明在PCB板底面采用大量铺铜设计，有效避免了走线和过孔导致的寄生电感，同时本发明中的滤波装置设计在PCB板的地层，位于所述网口的连接器的前端，与网口重叠，减少PCB板的面积，进一步节省成本。

附图说明

图1是现有技术中的以太网口的结构图；

图2是第一实施例中滤波装置的电路原理图；

图3是第一实施例中所述的滤波装置中C1和L的PCB设计图；

图4是第一实施例中寄生电容的PCB设计图；

图5是第三实施例中具有滤波装置的网口的电路原理图；

图6是第三实施例中具有滤波装置的网口感性器件和容性器件的PCB设计图；

图7是第三实施例中寄生电容的设计图。

具体实施方式

本发明提供了一种降低千兆以太网口对外电磁辐射的方案。采用本文所述的技术，在不显著增加成本的条件下，通过改善PCB的设计，可以有效降低千兆以太网设备对外的电磁辐射，以满足电子设备的设计要求。本发明提供的滤波装置，针对千兆以太网口对其它电子设备这种潜在的高频电磁干扰，直接滤除或降低千兆以太网口的对外高频电磁辐射，并且保证周边电子设备的稳定工作。本发明电路稳定可靠，适用于各种提供千兆网口的设备，其适用于网口变压器和网口连接器集成的以太网设备。

本发明提供的一种具有滤波装置的网口，该网口包括集成网口变压器的连接器；网口变压器的电源输入管脚；以及与外部电源和所述网口变压器电源输入管脚连接的滤波装置；所述滤波装置包括与外部电源连接的感性器件和与地连接的容性器件，所述感性器件与容性器件的公共结点与所述网口变压器电源输入管脚连接；另外，由于现有技术中的网口噪声源之一是各个以太网口之间的相互噪音干扰。如果任意一个网口出现强噪音，这些噪音不仅通过本网口向周围空间形成高频电磁辐射，还通过各网口输入端进入其它以太网口，使所有以太网口都对外辐射高频电磁波。造成一个以太网口的噪音信号在所有以太网口上形成高频电磁辐射。针对该问题，本发明为每个网口设置了独立的滤波装置，每个滤波装置分别与外部电源和对应的网口电源输入管脚连接，进行单独滤波，从而避免了各网口之间的相互影响。具体的实现方法将在下文中的实施例中阐述。

与现有技术不同，本发明的网口滤波装置还包括寄生电容，所述寄生电容的电极分别由位于印刷电路板信号层的金属片和印刷电路板的地层组成；所述金属片与所述网口的输入端的电源输入管脚连接。由于该寄生电容距离网口很近，因此能够滤除网口输入端产生的噪音，避免了其他网口对本网口的干扰。同时由于寄生电容本身固有的特性，因此可以滤除了各网口自身产生的500HMz频段以上的噪音。

另外，在本发明中所述滤波装置位于所述网口的输入端的前端。这样的设计即有限减少了PCB板的面积，降低了成本；也给千兆以太网口提供了非常理想的滤波回路。本发明中的所述感性器件、容性器件、寄生电容以及网口变压器的电压输入管脚均用铜片连接。所述容性器件一端放置在与网口电源输入管脚电气属性相同的铜片上，另一端放置在一个地属性的铜片上，所述地属性铜片通过过孔与PCB的地层连接。并且在PCB板底面采用大量铺铜设计，有效避免了走线和过孔导致的寄生电感。

以下是所述网口滤波装置的一个具体实施例。

第一实施例：图2为该实施例的电路原理图。

图2中1为网口输入端，滤波装置包括磁珠L1与电容C1、C2，vin为外部电源，Vct1为网口的输入端电源。C2为印刷电路板的寄生电容。L1的一端与外部电源vin连接，另一端与C1、C2共同接入网口输入端，C1、C2的另一端与地相连。

图3为磁珠L1和电容C1的PCB设计原理图，该网口具有10个管脚，其中1～8为信号管脚；9脚是网口电源输入管脚；10脚是地(GND)。外部电源Vin从PCB板的底面引到千兆以太网口。Vin通过磁珠L1和电容C1组成的滤波电路滤波后，成为Vct1，经过网口的第9管脚给内部的网口供电。本发明的PCB设计中，Vin和Vct1都位于PCB板的底面，采用大面积铜片设计避免出现走线，因此不会有寄生电感产生。电感L1两端直接放置在Vin和Vct1的铜片上，避免使用粗线和过孔，也避免了寄生电感。电容C1一端直接放置在Vct1的铜片上，接地的另一端放置在一个地属性的铜片上。地属性铜片通过大量过孔接到PCB内部的地层中。电容C1，最大程度减少PCB引线导致的寄生电感，不仅给网口有效供电，也为自Vct1和中心抽头的高频噪音提供了良好的滤波通路，另外C1也可以采用粗线和L1连接，并通过过孔通到内部地层。

如图4给出了寄生电容C2的PCB内部处理方式。图4中PCB板有4层结构，分别是表层1(Top layer)、信号层2(Signal layer)、地层3(Ground layer)和底层4(Bottom layer)。网口输入端的电源管脚6垂直方向焊接在PCB板上。寄生电容C2就通过信号层和地层设计得到。在信号层，围绕网口输入端管脚6的有一个类圆形的小铜片5，这个小铜片5和网口输入端管脚6连接，电气属性是Vct1。小铜片5和下面的地层之间就构成了一个层间电容C2。C2的容量可以通过条件小铜片面积，以及信号层2和地层3之间的距离进行控制。为了保证千兆以太网的传输质量，本发明中C2的这种设计即减少了器件，降低了PCB板的面积；也给千兆以太网口提供了非常理想的高频滤波回路。

值得说明的是，本发明的滤波装置可以单独适用于一个网口。以下以千兆以太网口为例，阐述本发明的实现过程。

第二实施例：在本实施例中说明对于一个网口的情况。

本实施例中，该具有滤波装置的网口包括集成变压器的连接器、网口电源输入管脚(即中心抽头CT)，以及磁珠L、电容C1、寄生电感C2组成的千兆以太网口的滤波装置；本发明中，L采用额定直流续流能力大于150mA磁珠，以满足网口变压器中心抽头CT的用电需求。C1可以适用0.01u～0.1u的表贴陶瓷电容，它们即可以分别给对应的网口变压器中心抽头供电，也可以滤除来自网口变压器内部或来自Vin的噪音信号，网口变压器和Vin都连接到C1，由网口变压器和Vin产生的噪音经由所述电容进行滤波。C1的滤波范围100MHz～500MHz。如C1在给千兆以太网网口供电Vct1的同时，也给网口内部的噪音信号和Vin的噪音信号提供泄放到地的通路。C2使用PCB的层间平面电容实现，取值4.7p～10p。由于C2是PCB内部的平面电容，不会导入额外的寄生电感，因此滤波频带很高，可以达到500MHz～1GHz。C2的关键是PCB板的设计。

本发明的关键是PCB板设计。在本发明中，千兆以太网口相关滤波电路都在PCB板底层(bottom layer)，位置在网口的前部。由于所述滤波电路放在底层，在网口的下面，和网口重叠了，因此能够节约PCB面积。这样的设计即有限减少了PCB板的面积，降低成本；也给千兆以太网口提供了非常理想的滤波回路。

本发明尤其适用于集成网口变压器的千兆以太网口连接器。供电电流Vin从PCB板的底面引到千兆以太网口。Vin通过磁珠L和电容C1组成的滤波电路滤波后，成为Vct，经过千兆以太网口的CT给内部的千兆网口变压器供电。本发明的PCB设计中，Vin和Vct1都位于PCB板的底面，采用大面积铜片设计，避免出现走线，因此不会有寄生电感产生。电感L两端直接放置在Vin和Vct1的铜片上，避免使用粗线和过孔，也避免了寄生电感。电容C一端直接放置在Vct的铜片上，接地的另一端放置在一个地属性的铜片上。地属性铜片通过大量过孔接到PCB内部的地层中。电容C1的这种设计方式，最大程度减少PCB引线导致的寄生电感，不仅给网口变压器的中心(CT)抽有效供电，也为自Vct1和中心抽头的高频噪音提供了良好的滤波通路，最大程度的减少PCB引线导致的寄生电感。

PCB板有4层结构，分别是表层(Top layer)、信号层(Signal layer)、地层(Ground layer)和底层(Bottom layer)。PCB的上面是集成变压器的网口连接器，网口连接器的中心抽头垂直方向焊接在PCB板上。寄生电容C2就通过信号层和地层设计得到。在信号层，围绕中心抽头有一个类圆形的小铜片，这个铜片和中心抽头连接，电气属性是Vct1。小铜片和下面的地层之间就构成了一个层间电容C2。C2的容量可以通过条件小铜片面积，以及信号层和地层之间的距离进行控制。为了保证千兆以太网的传输质量，C2一般取值4.7p～10p。本发明中C2、C4和C6的这种设计即减少了器件，降低了PCB板的面积；也给千兆以太网口提供了非常理想的高频滤波回路。

为了消除或减低千兆以太网口对外部空间的高频电磁辐射，本发明给每一个单独的千兆以太网口都提供单独的噪音信号滤波电路，并在PCB上对这种滤波电路进行特殊设计。使来自每个千兆以太网口内部噪音都直接被滤除，不会影响其它千兆以太网口。此外Vct非常靠近各个千兆以太网口，不易被其它噪音信号。详细的实现过程在以下第三实施例中详细说明。

第三实施例：本实施例的具有多个网口的网口电路如图4所示：

本实施例中，所述具有滤波装置的网口包括集成变压器的连接器、网口电源输入管脚(即中心抽头CT)，以及磁珠、电容、寄生电感C2组成的千兆以太网口的滤波装置；每一个千兆以太网口都拥有独立的滤波电路。如图5所示，L1、C1、C2组成了千兆以太网口1的滤波电路；L2、C3、C4组成了千兆以太网口2的滤波电路；L3、C5、C6组成了千兆以太网口3的滤波电路。这三套滤波电路相互独立，互不影响。

本实施例中，L1、L2、L3采用额定直流续流能力大于150mA磁珠，以满足网口变压器中心抽头CT的用电需求。C1、C3、C5可以适用0.01u～0.1u的表贴陶瓷电容，它们即可以分别给对应的网口变压器中心抽头供电，也可以滤除来自网口变压器内部或来自Vin的噪音信号，网口变压器和Vin都连接到C1、C3、C5，由网口变压器和Vin产生的噪音经由所述电容进行滤波。C1、C3、C5的滤波范围100MHz～500MHz。如C1在给千兆以太网网口3供电Vct1的同时，也给网口3内部的噪音信号和Vin的噪音信号提供泄放到地的通路。C2、C4、C6使用PCB的层间平面电容实现，取值4.7p～10p。由于C2、C4、C6是PCB内部的平面电容，不会导入额外的寄生电感，因此滤波频带很高，可以达到500MHz～1GHz。C2、C4、C6的关键是PCB板的设计。

本发明的关键是PCB板设计。在本发明中，千兆以太网口相关滤波电路都在PCB板底层(bottom layer)，位置在网口的前部。由于所述滤波电路放在底层，在网口的下面，和网口重叠了，因此能够节约PCB面积。这样的设计即有限减少了PCB板的面积，降低成本；也给千兆以太网口提供了非常理想的滤波回路。本发明的PCB设计如图6所示。

本发明尤其适用于集成网口变压器的千兆以太网口连接器。这种千兆以太网口连接器的结构如图6所示，每个网口都有10个管脚，其中1～8为信号管脚；9脚是CT，即中心抽头；10脚是地(GND)。图6中给出了3个千兆以太网口，分别是网口1(Port1)、网口2(Port2)和网口3(Port3)。

以网口1为例，供电电流Vin从PCB板的底面引到千兆以太网口。Vin通过磁珠L1和电容C1组成的滤波电路滤波后，成为Vct1，经过千兆以太网口的第9脚(CT1)给内部的千兆网口变压器供电。本发明的PCB设计中，Vin和Vct1都位于PCB板的底面，采用大面积铜片设计，避免出现走线，因此不会有寄生电感产生。电感L1两端直接放置在Vin和Vct1的铜片上，避免使用粗线和过孔，也避免了寄生电感。电容C1一端直接放置在Vct1的铜片上，接地的另一端放置在一个地属性的铜片上。地属性铜片通过大量过孔接到PCB内部的地层中。电容C1的这种设计方式，最大程度减少PCB引线导致的寄生电感，不仅给网口变压器的中心(CT)抽有效供电，也为自Vct1和中心抽头的高频噪音提供了良好的滤波通路，最大程度的减少PCB引线导致的寄生电感。图6中，没有给出图5中的电容C2、C4和C6是因为这3个电容寄生在PCB内部。如图7给出了电容C2的PCB内部处理方式。

图7中PCB板有4层结构，分别是表层1(Top layer)、信号层2(Signallayer)、地层3(Ground layer)和底层4(Bottom layer)。PCB的上面是集成变压器的网口连接器7，网口连接器的中心抽头6垂直方向焊接在PCB板上。寄生电容C2就通过信号层2和地层3设计得到。在信号层2，围绕中心抽头6有一个类圆形的小铜片5，这个铜片5和中心抽头6连接，电气属性是Vct1。小铜片5和下面的地层3之间就构成了一个层间电容C2。C2的容量可以通过条件小铜片5面积，以及信号层2和地层3之间的距离进行控制。为了保证千兆以太网的传输质量，C2一般取值4.7p～10p。本发明中C2、C4和C6的这种设计即减少了器件，降低了PCB板的面积；也给千兆以太网口提供了非常理想的高频滤波回路。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种具有滤波装置的网口，包括：

集成网口变压器的连接器；

网口变压器的电源输入管脚；以及

其特征在于，所述滤波装置的数量与所述网口的数量对应，每个滤波装置分别与外部电源和对应的网口电源输入管脚连接。

2.根据权利要求1所述的具有滤波装置的网口，其特征在于：所述滤波装置还包括位于印刷电路板信号层的金属片，所述金属片与印刷电路板的地层形成寄生电容；并且所述金属片与所述网口的网口变压器的电源输入管脚连接。

3.根据权利要求2所述的具有滤波装置的网口，其特征在于：所述滤波装置位于所述网口连接器的前端。

4.根据权利要求2或3所述的具有滤波装置的网口，其特征在于：所述感性器件、容性器件、寄生电容以及网口变压器的电源输入管脚均用金属片连接。

5.根据权利要求4所述的具有滤波装置的网口，其特征在于：所述容性器件一端放置在与网口电源输入管脚电气属性相同的金属片上，另一端放置在地属性的金属片上，所述地属性金属片通过过孔与所述印刷电路板的地层连接。

6.根据权利要求2或3所述的具有滤波装置的网口，其特征在于：该印刷电路板的底面包括铜片。

7.根据权利要求2或3所述的具有滤波装置的网口，其特征在于：所述寄生电容的容量的取值范围为4.7p～10p。