芯耀
与非AI
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在以太网物理层设计中，共模噪声是导致辐射发射超标和抗扰度下降的主要原因之一。网络变压器作为PHY芯片与RJ45连接器之间的关键磁性元件，其共模抑制比（Common Mode Rejection Ratio, CMRR）直接决定了接口对共模干扰的抑制能力。本文从CMRR的定义出发，分析其对EMI的影响，并结合沃虎电子相关型号的参数提供选型参考。
一、CMRR的基本概念
共模抑制比（CMRR）是衡量网络变压器对共模信号（两端对地同时出现的相同相位干扰）衰减能力的指标。通常定义为：
其中，Vin_cm是施加在变压器输入侧的共模电压，V_{out\_diff}}是输出端（PHY侧）的差模电压。CMRR越高，表示变压器对共模干扰的抑制能力越强。
对于以太网应用，良好的CMRR可以：
降低网线上的共模辐射，帮助产品通过辐射发射测试（如EN 55032、FCC Part 15）。
提高系统抗静电（ESD）、电快速瞬变脉冲群（EFT）和射频场感应的抗扰度。
减少非屏蔽双绞线（UTP）环境下的误码率。
二、CMRR与EMI的内在关联
以太网接口的EMI问题主要源于以下路径：
PHY芯片输出的共模噪声通过变压器耦合到网线，形成共模电流，驱动网线作为天线向外辐射。
网线耦合的外部共模干扰进入设备内部，经变压器转换为差模噪声，干扰PHY接收。
CMRR越高，上述两个路径的耦合程度越低：
内部共模噪声到网线的传播衰减越大 → 辐射发射越低。
外部共模干扰到PHY的转换越小 → 抗扰度越强。
IEEE 802.3标准中对千兆以太网变压器的CMRR提出了明确的性能要求，通常要求≥ -30dB @ 60MHz（绝对值30dB以上）。工业级产品往往要求更严格（如≥ -35dB）。
三、影响CMRR的关键因素
1. 磁芯材料与绕组结构
高磁导率、低损耗的铁氧体磁芯有助于提高CMRR。同时，绕组的对称性（匝数、电感量、漏感、分布电容）直接影响共模到差模的转换量。
2. 中心抽头的去耦
变压器的中心抽头通常通过电容连接到地（或偏置电压）。电容的阻抗随频率变化，影响CMRR的频率特性。建议使用X7R或C0G电容，并紧靠变压器引脚放置。
3. 共模电感（CMC）的集成
部分网络变压器内部集成了共模电感（如沃虎的WHLC系列），可进一步提高CMRR 10~20dB。分立式设计中也可在变压器与PHY之间外加共模电感。
4. PCB布局与接地
变压器两侧的差分走线不对称、参考地平面不连续或地平面噪声耦合，都会降低实际CMRR。
四、CMRR的测试方法
CMRR测试通常使用矢量网络分析仪（VNA）进行，按以下步骤：
将变压器输入端（RJ45侧）的两个引脚短接，连接VNA的端口1（注入共模信号）。
输出端（PHY侧）的两个引脚作为差分输出，连接VNA的端口2（测量差模信号）。
扫描频率（1MHz~100MHz），计算S21（差模输出/共模输入）即为CMRR曲线。
沃虎电子为每个网络变压器型号提供CMRR典型曲线，供工程师参考。
五、网络变压器CMRR性能与选型
1. 千兆SMD网络变压器（工业级）
| 型号 | 速率 | CMRR典型值@60MHz | 工作温度 | PoE支持 | 封装 |
|---|---|---|---|---|---|
| WHSG24002TG | 千兆 | -33dB | -40~85℃ | non-PoE | SMD-24 |
| WHSG24701ATG | 千兆 | -32dB | -40~85℃ | PoE 350mA | SMD-24 |
| WHSG24706-1PTG | 千兆 | -35dB | -40~85℃ | PoE+ 720mA | SMD-24 |
选型：
WHSG24002TG：适合非PoE工业交换机，CMRR优异。
WHSG24701ATG：支持PoE af，CMRR满足工业环境。
WHSG24706-1PTG：支持PoE+，CMRR高达-35dB，适合EMI敏感的户外设备。
2. 2.5G/5G网络变压器
| 型号 | 速率 | CMRR典型值@100MHz | 工作温度 | PoE支持 |
|---|---|---|---|---|
| WHSQ24002TG | 2.5G/5G | -30dB | -40~85℃ | non-PoE |
| WHSQ240151PG | 2.5G/5G | -31dB | -40~85℃ | PoE+ 720mA |
| WHSQ24706-2PTG | 2.5G/5G | -32dB | -40~85℃ | 4PPoE 1200mA |
选型：高频段（100MHz）CMRR保持在-30dB以上，满足2.5G/5G以太网的EMI要求。
3. 10G网络变压器
| 型号 | 速率 | CMRR典型值@100MHz | 工作温度 | PoE支持 |
|---|---|---|---|---|
| WHSM24P02N0 | 10G | -28dB | -40~85℃ | non-PoE |
| WHSM24P03-2PG | 10G | -29dB | -40~85℃ | 4PPoE 2000mA |
选型：10G变压器由于更高的频段，CMRR绝对值会略有下降，但仍优于IEEE要求。
4. 集成RJ45连接器（带变压器）
| 型号 | 速率 | CMRR典型值@60MHz | PoE | 备注 |
|---|---|---|---|---|
| SYT-320DNL | 千兆 | -32dB | non-PoE | DIP，金属壳 |
| SYT411Q199DB2A1DP | 千兆 | -33dB | PoE+ 720mA | DIP，带弹片 |
集成型号的CMRR性能与分立式相当，且由于封装紧凑，PCB布局更易于保证性能。
六、设计建议：最大化CMRR效果
选择高CMRR的变压器：对于需要通过Class B辐射发射测试的设备，建议选用CMRR ≥ -35dB的型号（如WHSG24706-1PTG）。
优化中心抽头电容：使用10nF~100nF的X7R电容，紧靠变压器引脚连接至地（PHY侧地）。
保持差分走线对称：从PHY到变压器的差分走线长度误差≤5mil，阻抗100Ω±10%，且参考地连续。
添加共模电感：若单级变压器CMRR不足，可在PHY与变压器之间串入共模电感（如沃虎WHLC-2012A-361T1），可额外提升10~20dB。
注意接地隔离：集成RJ45的屏蔽壳应连接到机壳地（PGND），通过电容与信号地单点连接，避免噪声耦合。
七、结语
网络变压器的共模抑制比（CMRR）是影响以太网接口EMI性能的核心参数。选型时不仅要关注速率、PoE等级，还应仔细评估CMRR指标，尤其是在工业、车载、医疗等EMI要求严格的场合。沃虎电子（VOOHU）的网络变压器和集成RJ45连接器提供-28dB至-35dB的CMRR性能，覆盖百兆到10G全系列，可帮助工程师轻松满足EMC认证要求。
