有線LAN: The Oft

May 13, 2023

ジョー・プロメナ 2018 年 8 月 14 日

過去 10 年間にわたるテクノロジーの革新により、ワイヤレス接続の普及と信頼性が高まり、デバイス間や長距離間での共有接続が可能になりました。 ワイヤレスには間違いなくその役割があります。 ただし、有線 LAN には、ほとんどのネットワークの設計にとって重要な利点が数多くあります。 これには、速度、電磁干渉 (EMI) の低減、セキュリティの向上、安定性の向上、信頼性の向上が含まれます。 新しい技術の進歩により、有線 LAN の利点は飛躍的に増大しています。

1. 写真は、2 つのパルストランスと 2 つのコモンモードチョークを備えた LAN インターフェイス構造 (100BASE-TX) です。 （画像出典：TDKグループ株式会社 EPCOS株式会社 プロダクトマーケティングマグネティクス）

ワイヤレスはモノのインターネット (IoT) と関連付けられがちですが、有線 LAN も利用されます。 たとえば、ネットワーク内でサーバー、PC、ラップトップ、スマート TV、オーディオ/ビジュアル デバイス、ワイヤレス アクセス ポイント、その他のデジタル デバイスが増加するにつれて、高品質の有線 LAN をデバイスのできるだけ近くに確保することは、ネットワークの成功。 簡単に言うと、正常に動作するには有線 LAN 接続が必要です。

その結果、これまで以上に多くの LAN ポートに対応するサーバーやルーターの数は増え続けるでしょう。また、ノート PC、デジタル TV、その他のオーディオビジュアル デバイスなど、有線の利点を活用する多数の民生用デバイスも増加するでしょう。 LAN接続。

信頼性の高い有線 LAN の鍵

有線 LAN が機能するために、パルストランスは方形パルス伝送を送信します。 パルス変圧器は他の変圧器とまったく同じです。 単一コア内に一次巻線と二次巻線の両方が含まれています。 ガルバニック分離は、ネットワーク内の敏感な IC やネットワーク化されたデバイスを DC バイアスから保護するのに役立ちます。 さらに、これらのコアは、広い周波数範囲にわたってパルス波形の歪みを防ぎます。 また、高速フーリエ変換から生じるさまざまな周波数を持つパルス波を送信する際の損失も低くなります。

過去数年間に開発された新しい LAN パルストランスは、コア内に高性能フェライト材料を使用しています。 これにより、性能が向上するだけでなく、変圧器の動作寿命も長くなります。

2. 新しいタイプのコモンモードチョークは、先進的な材料と自動巻線プロセスを使用して製造されています。 これにより、標準の RJ-45 LAN コネクタに統合できるほど小型のパルス トランス モジュールが作成されます。 （画像出典：TDKグループ株式会社 EPCOS株式会社 プロダクトマーケティングマグネティクス）

LAN パルストランスは通常、コモンモードチョークと併用してパルストランスモジュールを形成し、システムに出入りするコモンモードノイズを制限します。 多くの場合、パルス変圧器モジュールは RJ-45 コネクタ内に埋め込まれてコネクタ モジュールを形成します。 その結果、LAN パルストランスは、標準の RJ-45 コネクタで使用するには非常にコンパクトでなければなりません (図 1 を参照)。

非常に信頼性の高いパフォーマンス

SMD LAN パルストランスの需要は、特により多くのデバイスが接続されるにつれて、過去数年間で大幅に増加しました。 しかし、伝統的な手作業による生産方法が一般的でした。 製造を高速化し、パルストランスの性能、品質、小型化を向上させるには、新しい製造方法とパルストランスの設計を進化させる必要がありました。

性能を向上させるために、パルストランスモジュールはコモンモードチョークとトランスの両方にリングコアを利用しています。 リングコアは、他のコア形状の通常の特性であるエアギャップを最小限に抑える設計により、漏れ磁束が低くなります。 さらに、自動巻線プロセスを使用してリングコアを製造できるため、コンパクトな SMD 設計であっても、製造プロセス全体および生産バッチ内でのばらつきを防ぐことができます。

関連記事：

これらの新しい製造プロセスは、まったく新しいタイプの SMD コモンモード フィルターと LAN パルス トランスの作成に役立ちました。 エンジニアは、SMD コモンモード チョークでコイル キャリアを使用すると、自動的に巻かれて SP フェライト コアまたはプレートに接着される長方形のプロファイル (DR コア) を使用すると、リング コアと同等の機能が得られることを発見しました。 この設計を実現するために、これらのコア内に特別な Ni-Zn フェライト材料が使用され、LAN 環境で一般的に見られる温度範囲全体で高い透磁率と飽和磁束密度が生成されます。

また、これらのSMDコモンモードフィルタやLANパルストランスでは、コネクタの電極や配線に自動熱圧着を採用しています。 そうすることで、均一な特性、より小さな設置面積、そして全体的なより低い製造コストを備えた高品質のコンポーネントが提供されます。

生産を自動化しながら、製造プロセスのこの進歩により、コアの品質と安定性が向上します。 また、パルストランスモジュールを小型化し、パッケージサイズ 3232 (最小 3.2 mm × 3.2 mm × 2.9 mm) の標準 RJ-45 LAN コネクタに統合できるほど十分に小さくすることもできます。 これらの技術と製造プロセスを使用すると、ほとんどの 100BASE-TX パルス トランス モジュールを 30 パーセントも削減でき、占有面積は従来の LAN パルス トランスと比べてわずか 50 パーセントに抑えられます (図 2 を参照)。

これらの革新的な製造プロセスにより、パルストランスは 0.1 MHz ～ 100 MHz の範囲で 1.5 dB 以下の非常に低い挿入損失を示す可能性があります。 また、小型化の進歩により、同じ範囲で 2.5 dB を超えることはできません (図 3 を参照)。

3. 非常に広い周波数範囲にわたって 1 dB 未満で動作する SMD パルストランスの挿入損失を示します。 （画像出典：TDKグループ株式会社 EPCOS株式会社 プロダクトマーケティングマグネティクス）

最終的な考え

新しい薄型 SMD パルストランスとコモンモードチョークは、均一性、信頼性、小型化を含む、完全に自動化された製造プロセスのすべてを、広範囲の温度条件で実現します。 新しい材料、評価とシミュレーション、デバイスとモジュールの技術により、これらのデバイスの高品質、高性能が保証されます。 自動車市場における多くのアプリケーションを含む、サーバー、ルーター、ノートブック、テレビ、その他の接続機器に LAN ポートがますます追加されるにつれて、このようなパフォーマンスと信頼性は非常に重要になります。 今後数年間でどのようなさらなる進歩が開発され、それが明日の高速次世代ネットワークに不可欠な部分となるかを見るのが楽しみです。

Joe Pulomena は、TDK グループ会社である EPCOS Inc. の製品マーケティング磁気部門のディレクターです。

テキスト形式の詳細