LAN用脈沖變壓器的新基礎(chǔ)

LAN用脈沖變壓器的新基礎(chǔ)

LAN用脈沖變壓器和模塊

該產(chǎn)品不僅解決了以往產(chǎn)品因手工卷線而產(chǎn)生的特性不均衡問(wèn)題，而且與同等性能的舊產(chǎn)品相比大幅度減小了其實(shí)裝面積，可以說(shuō)是LAN用脈沖變壓器的新基礎(chǔ)。

LAN用脈沖變壓器的新基礎(chǔ)

近年來(lái)，LAN端子不僅被標(biāo)準(zhǔn)配備于電腦等IT設(shè)備，還被標(biāo)準(zhǔn)配備于以數(shù)碼電視為首的各種AV設(shè)備上。而脈沖變壓器是搭載于LAN接口部位的關(guān)鍵元件。它在高速傳送脈沖信號(hào)的同時(shí)，還起到電流輸入出間絕緣作用。TDK公司應(yīng)用并展開(kāi)在SMD（表面貼裝元件）共模濾波器事業(yè)中積累的技術(shù)，新開(kāi)發(fā)了采用自動(dòng)卷線工藝的SMD脈沖變壓器。該產(chǎn)品不僅解決了以往產(chǎn)品因手工卷線而產(chǎn)生的特性不均衡問(wèn)題，而且與同等性能的舊產(chǎn)品相比大幅度減小了其實(shí)裝面積，可以說(shuō)是LAN用脈沖變壓器的新基礎(chǔ)。

LAN的主流以太網(wǎng)（Ethernet）與電腦同步發(fā)展

以太網(wǎng)于1980年代初在美國(guó)誕生，現(xiàn)在被全世界廣泛采用，是LAN的主流。起初它主要被用于連接企業(yè)和研究所等工作站，隨著電腦的開(kāi)發(fā)和普及，LAN繼而發(fā)展成為連接復(fù)數(shù)臺(tái)電腦的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其市場(chǎng)也達(dá)到了迅速發(fā)展。連接各個(gè)獨(dú)立LAN的廣域網(wǎng)叫WAN，連接家庭內(nèi)電腦和AV設(shè)備的系統(tǒng)被稱為Home network或家庭寬帶。與利用電波的無(wú)線LAN不同，以太網(wǎng)用電纜連接，在傳送數(shù)據(jù)上具有高速并高可靠性等特點(diǎn)。

以太網(wǎng)按傳送速度以及電纜的不同，有多種不同的規(guī)格。比如，100BASE-T、1000BASE-T的100、1000 表示傳送速度為100Mbps、1000Mbps（1Gbps），T表示連接電纜是雙絞線。

脈沖變壓器是LAN接口的關(guān)鍵元件

有LAN端子的電子設(shè)備，由于其內(nèi)部配備有LAN適配器，所以只要和LAN電纜連接就可以簡(jiǎn)單地構(gòu)筑網(wǎng)絡(luò)。以前電腦上沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)配備LAN適配器，而是利用需插入電腦的卡式LAN適配器。內(nèi)置LAN適配器在電腦上的標(biāo)準(zhǔn)配備，是由寬帶因特網(wǎng)的普及引起的。

LAN端子的模塊插孔比電話插孔稍大，叫RJ45接頭。RJ45接頭在LAN適配器內(nèi)部通過(guò)共模扼流圈和脈沖變壓器以及收發(fā)器IC相連接。RJ45接頭、共模扼流圈以及脈沖變壓器搭載于一個(gè)小型模塊，這個(gè)模塊被稱為L(zhǎng)AN連接器。

脈沖變壓器是為傳送脈沖波形信號(hào)而設(shè)計(jì)的。其設(shè)計(jì)目的與電源變壓器不同，不是為了輸送電力，因此可以內(nèi)藏于連接器實(shí)現(xiàn)小型化。

在環(huán)形磁芯上進(jìn)行手工卷線的傳統(tǒng)工藝

脈沖變壓器結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，只是在一個(gè)環(huán)形磁芯（圓型磁芯）上纏上一次和二次卷線。這個(gè)電子元件原理和結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，可是產(chǎn)品設(shè)計(jì)、磁芯材料的選定、卷線工藝以及確保穩(wěn)定品質(zhì)卻極難。

采用環(huán)形磁芯，是因?yàn)樗陀腥笨诘拇判鞠啾?，能降低漏泄磁通（Leakage flux），達(dá)到高性能化。因此，一直以來(lái)脈沖變壓器的設(shè)計(jì)都以采用環(huán)形磁芯為前提。但由于受環(huán)形形狀的制約，自動(dòng)卷線工藝很難利用，一直只能依靠手工制作。而另一方面，手工卷線又難免使特性產(chǎn)生不均衡，導(dǎo)致影響品質(zhì)穩(wěn)定，提高量產(chǎn)難度。

新工藝的采用源于“哥倫布的雞蛋”般的創(chuàng)意

隨著以電腦為首，數(shù)碼電視機(jī)等各種AV設(shè)備的LAN端子的標(biāo)準(zhǔn)配備的進(jìn)一步發(fā)展，LAN用脈沖變壓器的穩(wěn)定供應(yīng)成了市場(chǎng)一大需求。但是，環(huán)形磁芯由于受其形狀前提的限制，卷線的自動(dòng)化極其困難，無(wú)法應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求。

正是TDK的SMD型脈沖變壓器ALT系列解決了這個(gè)難題。該產(chǎn)品采用自動(dòng)卷線工藝制成，這個(gè)新工藝源于“哥倫布的雞蛋”般的創(chuàng)意。

引起這個(gè)構(gòu)思的是多用于減噪對(duì)策元件的SMD型共模濾波器。共模濾波器與脈沖變壓器基本結(jié)構(gòu)相同，也是在環(huán)形磁芯上纏繞兩條卷線。TDK為實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化，領(lǐng)先確立了首先在鼓型磁芯上自動(dòng)卷線，然后將其和平板磁芯相結(jié)合的制造工藝。共模濾波器的這種磁芯結(jié)構(gòu)和自動(dòng)卷線工藝幾乎完全可以應(yīng)用在脈沖變壓器上。SMD型脈沖變壓器就這樣誕生了。

卷線結(jié)構(gòu)需要高度技術(shù)和專業(yè)知識(shí)

變壓器的一次卷線和二次卷線的結(jié)合程度叫結(jié)合系數(shù)（k）。理想的結(jié)合系數(shù)是k=1，但實(shí)際上由于會(huì)產(chǎn)生漏泄磁通，結(jié)合系數(shù)通常小于1。

如何使結(jié)合系數(shù)接近1是變壓器設(shè)計(jì)的重要目標(biāo)。如上所述，磁芯缺口會(huì)引起漏泄磁通的產(chǎn)生，而漏泄磁通（Leakage Inductance）會(huì)降低變壓器的性能。在采用對(duì)應(yīng)自動(dòng)卷線工藝的新形狀的同時(shí)，TDK還將鼓型磁芯和平板磁芯的結(jié)合缺口減小到以往產(chǎn)品的一半以下，極力降低了漏泄磁通。

卷線結(jié)構(gòu)也和結(jié)合系數(shù)的低下有密切關(guān)系。因?yàn)樽儔浩鞯木砭€里存在著電路圖上沒(méi)有表示的一種叫寄生容量的電容。從電氣角度上來(lái)說(shuō)，卷線是被絕緣的。但是由于卷線之間的電位差，致使鄰接的卷線之間會(huì)產(chǎn)生如同電容電極板一樣的作用。這種寄生容量叫卷線容量。另外，一次卷線和二次卷線之間還存在一種叫卷線分布容量的寄生容量。由于這些寄生容量和漏泄磁通擁有前者減小后者增大的權(quán)衡關(guān)系，卷線結(jié)構(gòu)需要高度的技術(shù)和專業(yè)知識(shí)。

采用最適用脈沖變壓器的鐵氧體磁芯

由于脈沖波形具有極寬的頻率帶域，有的磁芯材質(zhì)會(huì)使脈沖波形產(chǎn)生很大的畸變，導(dǎo)致信號(hào)品質(zhì)的劣化。

例如以太網(wǎng)的100BASE-T用脈沖變壓器，在印加8mA直流偏流的狀態(tài)下，可得到350μH以上的電感值。因此，需要使用即使印加直流偏流磁場(chǎng)也能利用磁化曲線直線部分的，有優(yōu)異直流重疊特性的鐵氧體材料（越接近彎曲部分波形畸變?cè)酱螅?。也就是說(shuō)，磁芯材料需要擁有極高的透磁率和飽和磁通密度，并且，這個(gè)特性還有必要滿足一般的LAN使用溫度環(huán)境。

TDK深化了長(zhǎng)年積累的鐵氧體技術(shù)，重新組合材料并改進(jìn)微細(xì)結(jié)構(gòu)，專門開(kāi)發(fā)了適用于脈沖變壓器的鐵氧體材料。ALT系列采用了能夠?qū)?yīng)下一代高速LAN技術(shù)要求的最佳材料。

以自動(dòng)化工藝實(shí)現(xiàn)了與以往產(chǎn)品同等的高性能

SMD型小型產(chǎn)品ALT系列，實(shí)現(xiàn)了以往被認(rèn)為自動(dòng)化工藝極難實(shí)現(xiàn)的LAN脈沖變壓器所需的高可靠性特性。從右邊眼圖可以看出，該產(chǎn)品既實(shí)現(xiàn)了SMD型小型化，還達(dá)到了和以往產(chǎn)品同等的信號(hào)完整性。

ALT系列脈沖變壓器還有一個(gè)很大的特點(diǎn)就是，它在采用自動(dòng)卷線工藝的同時(shí)，還采用了自動(dòng)熱壓著工藝來(lái)結(jié)合端子電極和卷線。自動(dòng)化熱壓著工藝代替了以往的手工卷線和焊接工序，這顯著地提高了品質(zhì)穩(wěn)定性。

另外，以往產(chǎn)品從電氣檢驗(yàn)到編帶包裝，是以爐單位半自動(dòng)進(jìn)行的。而ALT系列則實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化連續(xù)工程。

減小實(shí)裝面積大幅度實(shí)現(xiàn)小型化

LAN脈沖變壓器一般和共模扼流圈等元件一起被搭載在一個(gè)模塊上。以往在這樣的LAN模塊上安裝脈沖變壓器時(shí)，有必要用手工做一些復(fù)雜的配線處理，然后手工焊接或用樹(shù)脂來(lái)對(duì)元件進(jìn)行固定。而ALT系列是SMD型產(chǎn)品，所以可以在回流焊接時(shí)和其他元件一并搭載在基板上，大大減少了工時(shí)。

另外，小型化還有利于節(jié)省占用空間。就算并用差動(dòng)傳送方式中的減噪元件，實(shí)裝面積也能減少大約40～60％（在與本公司ALC系列共模濾波器組合，單個(gè)實(shí)裝在基板上的情況下）。

并且，ALT系列是TDK正在積極推進(jìn)的環(huán)保型產(chǎn)品，與以往產(chǎn)品相同，不含鉛以及鉛化合物，同時(shí)對(duì)應(yīng)無(wú)鉛焊接，是完全無(wú)鉛產(chǎn)品。還有，為滿足力爭(zhēng)在最終成品實(shí)現(xiàn)完全無(wú)鹵化的顧客的需求，ALT系列還實(shí)現(xiàn)了無(wú)鹵化。

面向融合有線·無(wú)線的下一代高速LAN

雖然無(wú)線LAN在不斷普及，然而有線LAN有它固有的特長(zhǎng)，那就是高速度傳送能力以及不受電波干涉的穩(wěn)定性。LAN用脈沖變壓器作為一個(gè)關(guān)鍵元件，其特性也有必要對(duì)應(yīng)下一代以太網(wǎng)。

在服務(wù)器及路由器方面，脈沖變壓器需要進(jìn)一步滿足高速對(duì)應(yīng)、高可靠性需求，筆記本電腦、數(shù)碼電視、HDD記錄器以及游戲機(jī)有進(jìn)一步小型化、低背化的需求，而FA領(lǐng)域則要求在廣大的溫度范圍內(nèi)進(jìn)一步提高性能。

ALT系列在業(yè)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)用自動(dòng)卷線工藝來(lái)生產(chǎn)小型SMD元件，產(chǎn)品性能優(yōu)異，能對(duì)應(yīng)從家用到工業(yè)領(lǐng)域等廣泛用途。TDK將結(jié)合長(zhǎng)年積累的材料技術(shù)、工藝技術(shù)以及評(píng)價(jià)模擬技術(shù)等核心技術(shù)，面向有線、無(wú)線互相融合的下一代高速網(wǎng)絡(luò)社會(huì)，為滿足各種需求持續(xù)提供先進(jìn)的LAN相關(guān)產(chǎn)品。

主要特點(diǎn)

SMD型，對(duì)應(yīng)自動(dòng)卷線工藝，可按顧客需求提供不同的產(chǎn)品形態(tài)。

自動(dòng)搭載、對(duì)應(yīng)回流焊接、對(duì)應(yīng)無(wú)鹵化。

主要用途

數(shù)碼家電、機(jī)頂盒、電腦等配載了LAN接口的民用/工業(yè)設(shè)備

形狀·尺寸/電路圖

主要規(guī)格

*1 DC Bias 8mA , 100kHz
*2 0.1 to 100MHz

審核編輯：湯梓紅