2014 十一月

用于LAN连接器的SMD脉冲变压器

专为制造业应用而设计紧凑型变压器

TDK集团研发出紧凑型LAN脉冲变压器。其脉冲变压器模块极小,可适用于标准RJ-45 LAN连接器。这些SMD元件性能卓越,专为全自动化生产工艺而设计。

尽管无线LAN和蓝牙等无线连接服务在智能手机、平板电脑和其他移动设备中的应用正在迅速发展,但有线LAN仍有其独特优势:更高的数据率,更强的EMI抗干扰性和卓越的工作安全性、可靠性和稳定性。鉴于此,需要服务更多LAN端口的服务器和路由器数量将持续增长,笔记本电脑、数字电视和其他音视频设备等用户设备的数量也会增加,这些设备都将从有线LAN连接的优势中获利。

有线LAN需要可传输矩形脉冲的脉冲变压器。和传统变压器一样,有线LAN的脉冲变压器包含了一个磁芯,该磁芯有一个主绕组和一个次绕组。电流隔离功能可使敏感IC和网络设备免受线路直流偏置的影响。由于变压器必须传输经傅里叶变换后包含多个不同频率的脉冲波,因此其磁芯必须损耗低且能阻止脉冲波在较宽频率范围内变形。为了满足这些需求,TDK集团专门研发了ALT系列LAN脉冲变压器,其磁芯采用性能优异的铁氧体材料。

为了抑制共模噪音的入侵和流出,LAN脉冲变压器通常与共模扼流线圈组合形成脉冲变压器模块。该模块反过来又嵌入到RJ-45连接器以形成连接器模块(图1)。因此,LAN脉冲变压器必须尺寸紧凑才能用于标准RJ-45连接器。

图1:典型LAN接口结构 (100BASE-TX)

2个脉冲变压器和2个共模扼流线圈

出于性能考虑,脉冲变压器模块的变压器和共模扼流线圈都采用了环形磁芯。与其他形状带固有气体间隙的磁芯相比,环形磁芯的漏磁通更低。过去,即便紧凑型SMD设计,其环形磁芯也必须手工绕线,这样很容易导致量产时产品特性不均匀,因此无法在大批量生产时确保质量稳定性。此外,磁芯封装大小仅为3232 (3.2 mm × 3.2 mm × 2.9 mm),满足小型化的限制要求。TDK集团创新性的ALT系列LAN脉冲变压器专为全自动化生产工艺而设计,有效地解决了以上所有问题。

专为自动化生产而设计

随着LAN连接设备的日益普及,对SMD LAN脉冲变压器的需求也相应增加。为了满足日益扩展的市场对脉冲变压器性能、质量和小型化的需求,TDK集团引入了一个全新的设计,该设计能完全自动化、大批量生产SMD共模滤波器和LAN脉冲变压器。首次为SMD共模扼流线圈开发的该开创性方法使用带矩形轮廓(DR磁芯)的磁芯载体。其线圈自动绕线,然后绑定到一个铁氧体盘(SP磁芯),功能上等同于环形磁芯(图2)。

图2:TDK ALT系列LAN变压器设计

TDK ALT系列LAN脉冲变压器专为全自动化生产工艺而设计。绕线2次后,终端电极被应用到矩形DR磁芯,再使用耐热、防潮粘附剂将该磁芯与SP磁芯绑定,功能上等同于环形磁芯,这样磁通量就可流过内部2个磁芯。

这些磁芯基于Ni-Zn铁氧体材料,在常见的LAN环境的整个温度范围内都具有良好的磁导率和饱和通量密度。通过将该技术应用到LAN脉冲变压器,TDK集团在满足以上需求及自动在电路板上安装元件方面已取得了生产上的突破。此外,ALT系列不仅利用了磁芯的自动绕线,还有效采用了用于连接器电极和绕线的自动热压缩绑定。这些全自动化工艺是在大批量生产中确保产品质量稳定性的关键。

性能卓越的紧凑型元件

首个引入的TDK SMD脉冲变压器是ALT4532系列产品,其封装尺寸为4.5 mm × 3.2 mm,插入高度为2.8 mm。该系列产品还包含low-profile(低高度)型号,其插入高度仅为2.2 mm。此外,ALT3232 LAN脉冲变压器封装尺寸仅为3.2 mm × 3.2 mm × 2.8 mm,进一步扩展了ALT系列脉冲变压器应用范围。与小型化ACM系列共模扼流线圈相结合,这些紧凑型设计采用了更小的脉冲变压器模块。因此,基于2个ALT4532变压器和2个ACM2012共模扼流线圈的变压器模块的安装空间比用于100BASE-TX 【TDK TLA 系列,其安装空间为86 mm² (图3)】的传统脉冲变压器模块小了约30%。如果该脉冲变压器模块与新型ALT3232和ACM2012组合设计,安装空间仅需50%。

图3:TDK ALT系列LAN脉冲变压器紧凑型解决方案

TDK ALT系列脉冲变压器和TDK ACM系列共模扼流线圈的生产都采用了先进的材料和自动绕线工艺,从而极大地减小了脉冲变压器模块尺寸,使其可集成到标准RJ-45 LAN连接器。

SMD脉冲变压器不仅尺寸紧凑,插入损耗也非常低。频率为0.1 MHz至100 MHz时,ALT4532M的插入损耗仅为1.5 dB或甚至更低(图4),且其性能丝毫不弱于现有的大尺寸产品。在相同频率范围内,小型化ALT3232M的插入损耗不超过2.5 dB。ALT4532M和ALT3232M脉冲变压器的线圈间电容值很小,仅分别为35 pF和25 pF,可确保很低的插入损耗,尤其适合高频应用。

图4:TDK ALT系列SMD脉冲变压器的典型插入损耗

TDK ALT系列LAN脉冲变压器的典型插入损耗在很宽频率范围内都远小于1 dB。

用于有线和无线连接的集成解决方案

凭借SMD脉冲变压器和共模扼流线圈,TDK集团创建了小型化、薄型化的元件,这些元件可提供全自动化生产工艺的所有益处。由于服务器和路由器增加了LAN端口数,TDK集团将继续着力于研究关键连接器元件和支持高速网络且具有杰出可靠性的集成连接器模块的进一步小型化。TDK集团还将致力于开发用于宽温度范围的工厂自动化应用产品。通过充分利用在材料、加工、生产、评估及、仿真,以及设备和模块技术方面的深厚底蕴,TDK集团将继续开发用于集成了有线和无线连接的新一代适合高速网络的先进LAN应用产品。

表:TDK ALT系列LAN脉冲变压器的关键技术数据

ALT4532M-201-T001ALT3232M-151-T001
最小电感值 [µH]
(DC偏置8 mA,100 kHz)
200150
最大插入损耗 [dB]
(0.1至100 MHz)
1.52.5
最大线圈间电容值 [pF]
(100 kHz)
3525
工作温度范围 [°C]-40 ~+85-40 ~+85
尺寸 [mm]4.5 × 3.2 × 2.83.2 × 3.2 × 2.8

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