ネットワーク変圧器の同等の容量の分析

ネットワーク変圧器の同等の容量の分析：メカニズム、インパクト、最適化技術

1。同等の容量の本質的な特性

ネットワーク変圧器の同等の静電容量は、巻線導体間の磁場結合によって形成される分布容量システムである寄生性静電容量ネットワークを特に指します。これらの容量は、3つの主要な寸法で構成されています。

• インター-巻線静電容量（CPS）：一次および二次巻線は、スケルトン/シールド層を介して平らなコンデンサ構造を形成し、典型的な値は約0.5 - 5pfです。

• 層間容量（粘土）：複数のワイヤが平行に巻かれ、単一層が0.1pf/cm²に達すると、隣接する導体間の分布容量

• コアカップリング容量（CCORE）：コイルと高透過性材料コアの間の変位電流パス。総静電容量の約15％を占めています

インピーダンスアナライザーは、1MHzでギガビットイーサネットトランスの同等の容量性リアクタンスを測定するために使用されており、このパラメーターは動作周波数が30MHzを超えると伝送ラインのインピーダンス特性を支配します。この現象は、POE（802.3BT）電源システムで特に顕著であり、80V電源電圧と2.5GHz信号帯域幅によって形成されるDV/DT効果が容量性結合ノイズを励起します。

2。高-周波数応答劣化効果

同等の容量と巻線インダクタンスによって形成されるLC共振ネットワークは、信号透過特性を深刻に歪めます。

f_ {res} = \ frac {1} {2π\ sqrt {l_ {leak} c_ {equ}}}}

 標準のRJ45インターフェイストランス（350UH漏れインダクタンス、3.5pf同等の容量）は、13.5MHzで最初の共鳴ポイントを持ち、次の典型的な問題を引き起こします。

• リターンロス劣化：共振周波数での6 - 8dBのS11パラメーター劣化

• 共通モードノイズのカップリング：CMRRは100MHzで20dB低下します

• EMI放射は限界を超えています：放射ピークは、600MHz周波数帯域でFCCクラスBの制限を12dBμV/m上回ります

10Gイーサネットコア（VITEC VG2502B）の特定のモデルの測定されたS -パラメーター曲線は、挿入損失が2.4GHz周波数で突然2.7dB増加することを示しています。シミュレーションの検証は、異常がその層間容量によって引き起こされるインピーダンスの不一致によって引き起こされることを示しています。

3.高度な巻線プロセスの最適化

最新のネットワークトランスは、4つのレベル最適化スキームを使用して、同等の容量を減らします。

3.1コイル構造の革新

• サンドイッチ巻線方法：一次巻線を3つの部分に分割してp1 - p2 - p1を使用して、CPSを43％削減します

• 逆階層：高-電圧サイドコイルはz - shaped foldで巻かれ、単一-層容量は62％減少します

• 微分巻線：2本のワイヤの間隔は0.2mmで制御され、Litzワイヤは最大1000個の鎖を使用しています

3.2誘電材料の改善

3.3コアトポロジの再構築

• EQRタイプの磁気回路設計を使用すると、漏れインダクタンスは従来の構造の35％に減少します

• ナノ結晶リボン（hitperm）は、コアボリュームを50％減少させます

• 3D印刷された磁気コアは0.05mmのエアギャップ精度制御を達成します

4。テストおよび検証システム

同等の静電容量完全パラメーター検出プラットフォームを確立します。

+ ------------------+ -ベクトルネットワークアナライザー- - （EP5020A 10MHz - 4GHz）- +--------+---------+- S -パラメーター測定 + -------- V --------- + - 3D電界スキャナー- - （EMSCAN 3000）- +--------+---------+-フィールド強度マッピング + -------- V --------- + -サーマルシミュレーションワークステーション- - （ANSYS Q3D）- +------------------+

産業用-グレードのPOE ++トランスのテストデータは、空飛ぶワイヤ巻線プロセスを採用した後、中間層容量が2.1pfから0.7pfに減少し、250MHz周波数帯の信号完全眼図が開くことが38％増加したことを示しました。温度上昇実験により、最適化された設計により、ホットスポット温度が98℃に72℃に減少し、MTBFが150,000時間に増加したことが示されました。

5。将来のテクノロジーの傾向

最新のIEEE P802.3cg標準では、10Mbpsイーサネットが1000mの距離で動作している場合、トランス等価容量は1pf未満でなければなりません。この目的のために、業界は以下を探求しています。

• マイクロ波フォトニッククリスタル構造：EBG電磁バンドギャップ材料を使用してフリンジフィールドを抑制する

• メタマテリアル巻線：負の誘電率定数メタマテリアルを使用して電界分布を再構築する

• オン-チップ磁気統合：TSVシリコンインターポーザーは、3つの次元コイルスタッキングを有効にします

• 量子トンネリング分離：原子-グラフェン/六角形の窒化ホウ素ヘテロ構造のレベル容量制御制御

慣行により、同等の容量パラメーターを正確に制御することにより、新世代のネットワークトランスは、100gbps伝送中に10^- 15未満のビットエラー率とエネルギー効率の200％の増加を達成し、磁気コンポーネント設計のナノボルト設計の侵入をナノボルト-アンペア精密制御の時代にマークすることが示されています。