Módulo magnético Ethernet: Guia de especificações e seleção

Um módulo magnético Ethernet (também chamado de magnéticos LAN) fica entre o PHY Ethernet e o RJ45/cabo e fornece isolamento galvânico, acoplamento diferencial e supressão de ruído de modo comum. A seleção correta de magnéticos — correspondência de OCL, perda de inserção/retorno, classificação de isolamento e footprint — evita instabilidade de link, problemas de EMI e falhas em testes de segurança.

Este é um guia completo para módulos magnéticos Ethernet: funções, especificações principais (350µH OCL, ~1500 Vrms de isolamento), diferenças entre 10/100 e 1G, layout e lista de verificação de seleção.

★​ O que um Módulo Magnético Ethernet Faz?

Um módulo magnético Ethernet desempenha três funções intimamente relacionadas:

1. Isolamento galvânico. Ele cria uma barreira de segurança entre o cabo (MDI) e a lógica digital, protegendo dispositivos e usuários contra surtos e atendendo às tensões de teste de segurança. A prática da indústria e a orientação IEEE normalmente exigem um teste de resistência de isolamento na porta — comumente expresso como ~1500 Vrms por 60 s ou testes de impulso equivalentes.
2. Acoplamento diferencial e correspondência de impedância. Os transformadores fornecem o acoplamento diferencial com derivação central necessário pelos PHYs Ethernet e ajudam a moldar o canal para que o PHY atenda aos requisitos de perda de retorno e máscara.
3. Supressão de ruído de modo comum. Bobinas de modo comum (CMCs) integradas reduzem a conversão diferencial-para-comum e limitam as emissões irradiadas de cabos de par trançado, melhorando o desempenho EMC.

Esses papéis são interdependentes: as opções de isolamento influenciam o isolamento e a distância de fuga da bobina; os parâmetros de OCL e CMC afetam o comportamento de baixa frequência e EMI; o footprint e a pinagem determinam se uma peça pode ser uma substituição direta.

★ Principais Especificações do Módulo Magnético Ethernet

Abaixo estão os atributos que as equipes de engenharia e aquisição usam para comparar e qualificar os magnéticos. Trate-os como a lista de verificação mínima para qualquer decisão de seleção ou substituição.

Especificações elétricas

Nota prática: Ao comparar as fichas técnicas, certifique-se de que a frequência de teste OCL, a tensão e a corrente de polarização correspondam — essas variáveis alteram substancialmente a indutância medida.

Especificações Mecânicas e de Pacote

• Tipo de pacote: SMD-16P, RJ45 integrado + magnéticos ou através de orifício discreto.
• Dimensões do corpo e altura assentada: Importante para folga do chassi e conectores de acoplamento.
• Pinagem e footprint: A compatibilidade de pinos é essencial para substituições diretas; verifique o padrão de aterragem e as dimensões da almofada recomendados.

Ambiental, Materiais e Conformidade

• Faixas de temperatura de operação/armazenamento (comercial vs. industrial).
• RoHS e livre de halogênio status e classificação de refluxo de pico (por exemplo, 255 ±5 °C típico para peças RoHS).
• Ciclo de vida/disponibilidade: Para produtos de longo ciclo de vida, verifique o suporte do fabricante e as políticas de obsolescência.

 ★ Magnéticos LAN 10/100Base-T vs. 1000Base-T — Principais Diferenças

Compreender essas diferenças evita erros caros:

• Largura de banda do sinal e contagem de pares. 1000Base-T usa quatro pares simultaneamente e opera em taxas de símbolos mais altas, portanto, os magnéticos devem atender a máscaras de perda de retorno e crosstalk mais rigorosas. Os projetos 10/100 têm menor largura de banda e geralmente toleram valores de OCL mais altos.
• Integração e desempenho da bobina de modo comum. Os módulos Gigabit normalmente exigem CMCs com impedância mais rigorosa em bandas mais amplas para controlar o acoplamento par a par e atender a EMC. Os módulos 10/100 têm necessidades de CMC mais simples.
• Interoperabilidade. Uma montagem de magnéticos 1000Base-T pode frequentemente satisfazer os requisitos de 10/100 eletricamente, mas pode ser mais cara. Por outro lado, uma montagem de magnéticos 10/100 geralmente não é adequada para operação gigabit. Valide com as diretrizes do fornecedor PHY e testes de laboratório.

Quando escolher qual: Use magnéticos 10/100 para dispositivos Fast Ethernet sensíveis a custos; use magnéticos 1000Base-T para switches, uplinks e produtos onde a taxa de transferência gigabit total é necessária.
 

★ Por que OCL Importa e Como Ler sua Especificação

Indutância de circuito aberto (OCL) é a indutância primária do transformador medida com o secundário aberto. Para projetos 10/100Base-T, um OCL mais alto (comumente ≈350 µH mínimo sob as convenções de teste IEEE) garante que os magnéticos forneçam energia de baixa frequência suficiente para evitar a deriva e a queda da linha de base durante quadros longos. A deriva e a queda da linha de base afetam o rastreamento do receptor e podem levar ao aumento da BER se não forem verificadas.

Dicas de leitura importantes:

• Verifique as condições de teste. O OCL é frequentemente fornecido em uma frequência de teste, tensão e polarização CC específicas; diferentes laboratórios relatam números diferentes.
• Observe a curva OCL vs. polarização. O OCL cai com o aumento da corrente de polarização desequilibrada — os fabricantes costumam traçar o OCL em níveis de polarização; examine os valores de pior caso que se aplicam em seu sistema.

★ Bobinas de modo comum (CMC) — Considerações de seleção e PoE

Uma CMC é um elemento central dos magnéticos Ethernet. Ele fornece alta impedância às correntes de modo comum, permitindo que o sinal diferencial desejado passe. Ao selecionar CMCs, preste atenção a:

• Curva de impedância vs. frequência — garante a supressão na banda de frequência problemática.
• Classificação de saturação CC — crítica para aplicações PoE onde a corrente CC flui pelas derivações centrais e pode polarizar/saturar a bobina, reduzindo o CMRR.
• Perda de inserção e desempenho térmico — altas correntes (PoE+) criam calor; as peças devem ser reduzidas ou verificadas sob a corrente PSE esperada.

 ★ Compatibilidade e substituição do módulo magnético Ethernet

Quando uma página de produto afirma “equivalente” ou “substituição direta”, siga esta lista de verificação antes de aprovar a substituição:

1. Correspondência de pinagem e footprint. Qualquer incompatibilidade aqui pode forçar um redesenho da PCB.
2. Relação de voltas e conexões de derivação central. Confirme se o uso da derivação central corresponde à polarização PHY.
3. Paridade de OCL e perda de inserção/retorno. Garanta desempenho elétrico igual ou melhor — e confirme se as condições de teste correspondem.
4. Margem de Hi-Pot/isolamento. As classificações de segurança devem ser iguais ou superiores às originais. ﹘1500 Vrms é uma referência comum.
5. Comportamento térmico e de polarização CC (PoE). Valide a saturação CC e a redução térmica sob correntes PoE.

Fluxo de trabalho prático: compare fichas técnicas linha por linha, solicite amostras, execute estabilidade de link PHY, BER e pré-varreduras EMC na placa de destino antes da substituição em volume.

★ Layout da PCB do módulo magnético Ethernet

Um bom layout evita anular os magnéticos que você acabou de escolher:

• Mantenha um keepout GND sob o corpo dos magnéticos onde recomendado — isso preserva o desempenho de modo comum da bobina e reduz a conversão de modo não intencional. Siga as notas de aplicação do fornecedor PHY e as orientações da ficha técnica dos magnéticos.
• Minimize os comprimentos dos stubs do PHY aos magnéticos — os stubs aumentam os reflexos e podem quebrar as máscaras de perda de retorno. Isso é especialmente importante para projetos gigabit.
• Encaminhe as derivações centrais corretamente — normalmente para a rede de polarização CC (Vcc ou resistores de polarização) e desacoplamento por referência PHY.
• Planejamento térmico e de distância de fuga para PoE: mantenha distância de fuga/folga suficiente e verifique a elevação térmica quando as correntes PoE fluírem.

★ Lista de verificação de teste e validação

Antes de aprovar uma peça de magnéticos para produção, execute estas verificações:

• Teste de link PHY: conecte em velocidades necessárias em cabos e comprimentos representativos.
• Teste BER/tensão: transferência de dados sustentada e quadros longos para revelar problemas de deriva da linha de base.
• Varredura de perda de retorno/perda de inserção: valide em relação às máscaras PHY ou notas de aplicação do fornecedor.
• Teste Hi-Pot/isolamento: verifique os níveis de resistência de isolamento por padrão de destino.
• Pré-varredura EMC: verificações rápidas radiadas e conduzidas para detectar falhas óbvias.
• Teste de saturação térmica e CC PoE: se PoE/PoE+ se aplicar, verifique a saturação CMC e o aumento de temperatura sob a corrente PSE total.

★ Perguntas frequentes sobre o módulo magnético LAN

P – O que OCL significa e por que 350 µH é especificado?

R – OCL (indutância de circuito aberto) é a indutância medida em um primário com o secundário aberto. Na orientação normativa 100Base-T, ~350 µH mínimo (sob condições de teste especificadas) ajuda a controlar a deriva da linha de base e garantir o rastreamento do receptor para quadros longos.

P – O isolamento de 1500 Vrms é necessário?

R – A orientação IEEE e os padrões de segurança referenciados usam comumente 1500 Vrms (60 s) ou testes de impulso equivalentes como um teste de isolamento alvo para portas Ethernet; os projetistas devem confirmar a versão do padrão aplicável para sua categoria de produto.

P – Posso usar uma peça de magnéticos gigabit em um projeto Fast Ethernet?

R – Sim, eletricamente uma peça gigabit geralmente atende ou excede as máscaras 10/100, mas pode ser mais cara e seu footprint/pinagem deve ser compatível. Verifique a orientação do fornecedor e teste em seu sistema.

P – Como verifico uma peça “equivalente” reivindicada?

R – A comparação de fichas técnicas linha por linha, testes de amostra (PHY, BER, EMC) e validação de pinagem são necessários. As alegações de marketing por si só são insuficientes.

Lista de verificação de seleção rápida

1. Confirme a velocidade necessária (10/100 vs. 1G).
2. Combine a relação de voltas e o esquema de derivação central.
3. Verifique OCL e condições de teste (350 µH min para muitos casos 100Base-T).
4. Verifique a perda de inserção e retorno em toda a banda de frequência PHY.
5. Confirme a classificação de isolamento (Hi-Pot) (~1500 Vrms alvo).
6. Valide o footprint/pinagem e a altura do pacote.
7. Para PoE, verifique a saturação CC CMC e o comportamento térmico.
8. Solicite amostras e execute testes prévios PHY + EMC.

Conclusão

A escolha do módulo magnético Ethernet certo é uma decisão de projeto que combina desempenho elétrico, segurança e compatibilidade mecânica. Use OCL, perda de inserção/retorno, classificação de isolamento e pinagem como seus principais portões; valide as alegações com fichas técnicas e testes de amostra em seu PHY e layout de placa reais.

baixe a ficha técnica, solicite um arquivo de footprint ou encomende amostras de engenharia para executar a pré-validação PHY/BER e EMC em sua placa de destino.