November 2014

Miniaturisierte SMD-Puls-Übertrager

Noch kompakter im LAN

Kompakte LAN-Puls-Übertrager von TDK ermöglichen die Realisierung von Puls-Übertragermodulen, die in einen RJ-45-Steckverbinder passen. Die neuen SMD-Bauelemente mit herausragender Performance wurden für vollautomatisierte Fertigungen entwickelt.

Obgleich die Nutzung von WLAN und Bluetooth in Smartphones, Tablets und anderen mobilen Geräten rasant zunimmt, bieten kabelgebundene LANs immer noch klare Vorteile. Dazu zählen eine höhere Datenrate, eine größere EMI-Störfestigkeit sowie eine überlegene Sicherheit, Zuverlässigkeit und Stabilität im Betrieb.

Deshalb wird die Anzahl der Server und Router mit immer mehr LAN-Ports weiter ansteigen. Gleiches gilt für eine Vielzahl von Multimedia-Geräten wie Notebooks und digitale Fernseher sowie für andere audiovisuelle Technik.

Zum Übertragen von Rechteckimpulsen ist das kabelgebundene LAN auf Puls-Übertrager angewiesen. Wie konventionelle Übertrager bestehen auch Puls-Übertrager aus einem Kern, auf den die Primär- und Sekundärwicklungen aufgebracht sind. Die galvanische Trennung soll die empfindlichen ICs und die angeschlossenen Geräte im Netzwerk vor der Gleichstrombeaufschlagung auf der Leitung schützen. Da Pulssignale übertragen werden müssen, die aufgrund der Fourier-Transformation viele verschiedene Frequenzkomponenten beinhalten, muss der Kern verlustarm arbeiten und über einen breiten Frequenzbereich eine Verzerrung der Signalform vermeiden. Um dies zu erreichen, hat TDK die LAN-Puls-Übertrager der Baureihe ALT mit einem Kern aus leistungsstarkem Ferritmaterial entwickelt.

Um das Abstrahlen und Eindringen von Gleichtaktstörsignalen zu verhindern, werden LAN-Puls-Übertrager normalerweise mit Gleichtaktdrosseln zu einem Puls-Übertragermodul kombiniert. Dieses Modul wird wiederum in den RJ-45-Steckverbinder eingebettet, sodass ein komplettes Steckverbindermodul (Abbildung 1) entsteht. Infolgedessen müssen LAN-Puls-Übertrager für RJ-45-Standardstecker extrem kompakt sein.

Abbildung 1: Typische LAN-Schnittstellenstruktur (100BASE-TX)

Zwei Puls-Übertrager und zwei Gleichtaktdrosseln in einem Puls-Übertragermodul

Aus Leistungsgründen wird in den Puls-Übertragermodulen sowohl für den Übertrager als auch für die Gleichtaktdrossel je ein Ringkern verwendet. Im Unterschied zu anderen Kernformen mit dem konstruktionsbedingten Luftspalt gewährleisten Ringkerne einen geringeren Streufluss. Früher mussten Ringkerne selbst für kompakte SMD-Designs noch manuell gewickelt werden. Das hatte ungleichmäßige Kennwerte in den Produktionslosen zur Folge und verhinderte eine stabile Qualität in der Serienproduktion. Zudem stieß die Miniaturisierung bei Abmessungen von 3,2 × 3,2 × 2,9 mm (Baugröße 3232) an ihre Grenzen. Die innovativen LAN-Puls-Übertrager der Baureihe ALT von TDK, die für vollautomatisierte Fertigungsprozesse entwickelt wurden, lösen all diese Probleme.

Entwickelt für die vollautomatisierte Fertigung

Geräte, die über ein kabelgebundenes LAN kommunizieren, werden aus oben genannten Gründen immer beliebter. Dementsprechend steigt auch die Nachfrage nach SMD-LAN-Puls-Übertragern. Um die Anforderungen zu erfüllen, die dieser wachsende Markt an Leistung, Qualität und Miniaturisierung stellt, hat TDK ein völlig neues Design entwickelt, das die vollautomatisierte Serienproduktion von Gleichtaktfiltern und LAN-Puls-Übertragern in SMD-Bauweise ermöglicht. Dieses wegweisende Konzept, das ursprünglich für SMD-Gleichtaktdrosseln erarbeitet wurde, setzt auf einen Spulenträger mit einem rechteckigen Profil (DR-Kern), der automatisch gewickelt und dann auf eine Ferritplatte (SP-Kern) geklebt wird. Somit bleibt das Funktionsprinzip eines Ringkerns erhalten (Abbildung 2).

Abbildung 2: Design der LAN-Puls-Übertrager der ALT-Baureihe von TDK

Für die vollautomatisierte Fertigung entwickelt: Nach dem Aufbringen der beiden Wicklungen und der Endelektroden auf dem rechteckigen DR-Kern wird dieser mit einem temperatur- und feuchtebeständigen Kleber mit dem SP-Kern verbunden. Damit bleibt das Funktionsprinzip eines Ringkerns erhalten, dessen Magnetfluss das Innere beider Kerne durchströmt.

Die Kerne basieren auf einem Ni-Zn-Ferritmaterial, das sowohl eine große magnetische Permeabilität als auch eine hohe Sättigungsflussdichte über den gesamten für LAN-Umgebungen üblichen Temperaturbereich bietet. Jetzt nutzt TDK diese Technologie auch für LAN-Puls-Übertrager. Damit ist es gelungen, einen Durchbruch in der Fertigung sowie in der automatisierten Montage der Bauelemente auf der Leiterplatte zu erzielen. Die Spulen der ALT-Baureihe werden automatisiert gewickelt und die Elektroden und Drähte im Steckverbinder zusätzlich mit einem automatisierten Thermo-Druck-Bonding-Prozess angeschlossen. Diese Vollautomatisierung ist die Voraussetzung für die Serienproduktion in gleichmäßig hoher Qualität und mit konstanten Kennwerten.

Top-Performance in platzsparender Bauweise

Der erste von TDK vorgestellte SMD-Puls-Übertrager, der ALT4532, bietet eine Grundfläche von 4,5 × 3,2 mm2 und eine Bauhöhe von 2,8 mm. Zudem wird ein flacherer Typ mit einer Bauhöhe von nur 2,2 mm angeboten. Inzwischen wurde die ALT-Baureihe um den miniaturisierten Übertrager ALT3232 erweitert, der nur 3,2 × 3,2 × 2,8 mm3 misst. In Verbindung mit den miniaturisierten Gleichtaktdrosseln der ACM-Baureihe ermöglichen diese kompakten Abmessungen noch kleinere Puls-Übertragermodule. Ein Modul, das aus zwei Übertragern ALT4532 sowie zwei Gleichtaktdrosseln ACM2012 besteht, benötigt daher etwa 30 Prozent weniger Volumen und Grundfläche als ein konventionelles Modul für 100BASE-TX (TLA-Baureihe), das einen Platzbedarf von 86 mm² beansprucht (Abbildung 3). Wenn das Puls-Übertragermodul aus dem neuen ALT3232 in Kombination mit dem ACM2012 aufgebaut wird, benötigt es sogar nur noch 50 Prozent der ursprünglichen Fläche.

Abbildung 3: Platzsparende Lösungen mit den LAN-Puls-Übertragern der ALT-Baureihe von TDK

Neue TDK SMD-Puls-Übertrager der ALT-Baureihe mit Gleichtaktdrosseln der ACM-Baureihe reduzieren gegenüber herkömmlichen Lösungen den Platzbedarf um 30 bzw. 50 Prozent und ermöglichen die Produktion von Puls-Übertragermodulen, die sogar in LAN-Steckverbinder vom Typ RJ-45 passen.

Trotz ihrer kompakten Abmessungen weisen die SMD-Puls-Übertrager eine sehr geringe Einfügedämpfung auf. Im Bereich von 0,1 MHz bis 100 MHz beträgt die Einfügedämpfung des ALT4532M maximal 1,5 dB (Abbildung 4) und entspricht damit der Kennlinie größerer Produkte. Die Einfügedämpfung des miniaturisierten ALT3232M überschreitet im gleichen Frequenzbereich nicht 2,5 dB. Dank ihrer niedrigen Wicklungskapazität von nur 35 pF bzw. 25 pF besitzen die Übertrager ALT4532M und ALT3232M bei hohen Frequenzen eine besonders niedrige Einfügedämpfung.

Abbildung 4: Typische Einfügedämpfung der SMD-Puls-Übertrager der ALT-Baureihe von TDK

Die typische Einfügedämpfung der TDK LAN-Puls-Übertrager der ALT-Baureihe liegt in einem breiten Frequenzbereich bei gut unter 1 dB.

Für kabelgebundene und kabellose Verbindungen

TDK hat mit seinen SMD-Puls-Übertragern und SMD-Gleichtaktdrosseln miniaturisierte und flache Bauelemente geschaffen, die alle Vorteile vollautomatisierter Fertigungsprozesse bieten. Da die Server und Router immer mehr LAN-Ports besitzen, wird TDK auch in Zukunft intensiv an der weiteren Miniaturisierung der kritischen Steckverbinderkomponenten arbeiten und integrierte Module anbieten, die hohe Datenraten unterstützen und eine herausragende Zuverlässigkeit bieten. Darüber hinaus entwickelt TDK auch Bauelemente für den Einsatz in der Fertigungsautomatisierung in einem breiten Temperaturbereich. Auf der Basis seiner Kompetenzen bei Materialien und Prozessen wird TDK auch künftig technologisch überlegene LAN-Produkte für die Hochgeschwindigkeitsnetze der nächsten Generation entwickeln, die sowohl kabelgebundene als auch kabellose Verbindungen integrieren.

Tabelle: Technische Daten der LAN-Puls-Übertrager der ALT-Baureihe von TDK

BaureiheALT4532M-201-T001ALT3232M-151-T001
Min. Induktivität [μH]
(DC-Vormagnetisierung: 8 mA,
100 kHz)
200150
Max. Einfügedämpfung [dB]
(0,1 bis 100 MHz)
1,52,5
Max. Wicklungskapazität [pF]
(100 kHz)
3525
Betriebstemperaturbereich [°C]-40 bis +85-40 bis +85
Abmessungen [mm]4,5 × 3,2 × 2,83,2 × 3,2 × 2,8

DOWNLOAD

Teilen

Mehr zum Thema