Réseaux locaux câblés : le plus souvent

May 13, 2023

Joe Pulomena 14 août 2018

Au cours de la dernière décennie, les innovations technologiques ont aidé les connexions sans fil à devenir plus répandues et plus fiables, permettant des connexions partagées entre les appareils et sur de plus grandes distances. Le sans fil a définitivement sa place. Cependant, les réseaux locaux câblés présentent de nombreux avantages qui sont essentiels à la conception de la plupart des réseaux. Ils incluent la vitesse, moins d'interférences électromagnétiques (EMI), une meilleure sécurité, plus de stabilité et une plus grande fiabilité. Avec les nouvelles avancées technologiques, les avantages des réseaux locaux câblés augmentent de façon exponentielle.

1. Sur la photo, une structure d'interface LAN (100BASE-TX) avec deux transformateurs d'impulsions et deux selfs de mode commun. (Source de l'image : Product Marketing Magnetics, EPCOS Inc., A TDK Group Co.)

Nous associons souvent le sans fil à l'Internet des objets (IoT), mais il est également alimenté par des réseaux locaux câblés. Par exemple, à mesure que de plus en plus de serveurs, de PC, d'ordinateurs portables, de téléviseurs intelligents, d'appareils audiovisuels, de points d'accès sans fil et d'autres appareils numériques se multiplient au sein d'un réseau, s'assurer qu'un réseau local câblé de qualité est aussi proche que possible des appareils aidera à protéger le succès du réseau. En termes simples, ils s'appuient sur une connectivité LAN filaire pour bien fonctionner.

En conséquence, le nombre de serveurs et de routeurs qui desservent toujours plus de ports LAN continuera de croître, tout comme la multitude d'appareils grand public, tels que les ordinateurs portables, les téléviseurs numériques et d'autres appareils audiovisuels, qui bénéficieront des avantages du filaire. Connectivité LAN.

La clé pour des réseaux locaux câblés fiables

Pour que les réseaux locaux câblés fonctionnent, les transformateurs d'impulsions envoient des transmissions d'impulsions rectangulaires. Les transformateurs d'impulsions sont comme n'importe quel autre transformateur ; ils contiennent à la fois des enroulements primaires et secondaires dans un seul noyau. La séparation galvanique aide à protéger les circuits intégrés sensibles et les appareils en réseau au sein du réseau contre la polarisation CC. De plus, ces noyaux empêchent les distorsions de forme d'onde d'impulsion sur une large plage de fréquences. Ils ont également de faibles pertes qui transmettent des ondes d'impulsion, ayant de nombreuses fréquences différentes résultant de la transformée de Fourier rapide.

Les nouveaux transformateurs d'impulsions LAN, qui ont été développés au cours des dernières années, utilisent des matériaux de ferrite haute performance dans le noyau. En plus d'améliorer les performances, cela aide les transformateurs à avoir une durée de vie opérationnelle plus longue.

2. Un nouveau type de starter en mode commun est fabriqué à l'aide de matériaux avancés et de processus de remontage automatique. Cela produit des modules de transformateur d'impulsions suffisamment petits pour être intégrés dans des connecteurs LAN RJ-45 standard. (Source de l'image : Product Marketing Magnetics, EPCOS Inc., A TDK Group Co.)

Les transformateurs d'impulsions LAN sont généralement utilisés avec une self de mode commun pour former un module de transformateur d'impulsions, ce qui limite le bruit de mode commun entrant ou sortant du système. Un module de transformateur d'impulsions est souvent intégré dans le connecteur RJ-45 pour former un module de connecteur. Par conséquent, les transformateurs d'impulsions LAN doivent être extrêmement compacts pour être utilisés dans des connecteurs RJ-45 standard (voir figure 1).

Performances extrêmement fiables

La demande de transformateurs d'impulsions SMD LAN a considérablement augmenté au cours des dernières années, en particulier à mesure que de plus en plus d'appareils sont connectés. Cependant, les méthodes de production manuelles traditionnelles sont devenues la norme. Afin d'accélérer la fabrication et d'améliorer les performances, la qualité et la miniaturisation des transformateurs d'impulsions, de nouvelles méthodes de fabrication et conceptions de transformateurs d'impulsions devaient évoluer.

Pour améliorer les performances, les modules de transformateur d'impulsions utilisent des noyaux annulaires à la fois dans la self de mode commun et dans le transformateur. Les noyaux annulaires ont un flux de fuite inférieur en raison de leur conception, ce qui minimise les entrefers qui sont des caractéristiques normales des autres formes de noyaux. De plus, les noyaux annulaires peuvent être fabriqués à l'aide d'un processus d'enroulement automatique, évitant les irrégularités tout au long du processus de fabrication et dans les lots de production, même pour les conceptions CMS compactes.

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Ces nouveaux processus de fabrication ont permis de créer des types entièrement nouveaux de filtres en mode commun SMD et de transformateurs d'impulsions LAN. Les ingénieurs ont découvert que l'utilisation d'un support de bobine dans des bobines d'arrêt en mode commun CMS - avec un profil rectangulaire (noyau DR) qui est automatiquement enroulé et lié à un noyau ou une plaque de ferrite SP - créerait l'équivalent fonctionnel d'un noyau annulaire. Afin de réaliser cette conception, un matériau de ferrite Ni-Zn spécial est utilisé dans ces noyaux pour créer une perméabilité magnétique élevée et une densité de flux de saturation dans toutes les plages de température que l'on trouve généralement dans les environnements LAN.

De plus, ces types de filtres en mode commun SMD et de transformateurs d'impulsions LAN utilisent une liaison par thermocompression automatisée pour les électrodes et les fils du connecteur. Ce faisant, ils fournissent des composants de meilleure qualité avec des caractéristiques uniformes, un encombrement réduit et un coût de fabrication global inférieur.

Tout en automatisant la production, cette avancée dans le processus de fabrication améliore la qualité et la stabilité du noyau. Il permet également de miniaturiser les modules de transformateur d'impulsions et de les rendre suffisamment petits pour être intégrés dans des connecteurs LAN RJ-45 standard en taille de boîtier 3232 (aussi petit que 3,2 mm × 3,2 mm × 2,9 mm). L'utilisation de ces techniques et processus de fabrication peut réduire la plupart des modules de transformateurs d'impulsions 100BASE-TX jusqu'à 30 % avec une empreinte qui utilise aussi peu que 50 % de l'espace que les transformateurs d'impulsions LAN traditionnels (voir figure 2).

Grâce à ces procédés de fabrication innovants, les transformateurs d'impulsions peuvent présenter une très faible perte d'insertion de 1,5 dB ou moins sur la plage de 0,1 MHz à 100 MHz. Et, avec les progrès de la miniaturisation, ils ne doivent pas dépasser 2,5 dB sur la même plage (voir figure 3).

3. L'illustration montre la perte d'insertion d'un transformateur d'impulsions SMD qui fonctionne en dessous de 1 dB sur une très large plage de fréquences. (Source de l'image : Product Marketing Magnetics, EPCOS Inc., A TDK Group Co.)

Dernières pensées

Les nouveaux transformateurs d'impulsions CMS à profil bas et les bobines d'arrêt en mode commun offrent tous les avantages des processus de fabrication entièrement automatisés, y compris l'uniformité, la fiabilité et la miniaturisation, pour une large gamme de conditions de température. Les nouveaux matériaux, l'évaluation et la simulation, ainsi que la technologie des appareils et des modules garantiront la haute qualité et les hautes performances de ces appareils. Ces performances et cette fiabilité sont cruciales car de plus en plus de ports LAN sont ajoutés aux serveurs, routeurs, ordinateurs portables, téléviseurs et autres équipements connectés, y compris de nombreuses applications sur le marché automobile. Je suis ravi de voir quelles avancées supplémentaires seront développées au cours des prochaines années, qui feront partie intégrante des réseaux à grande vitesse de la prochaine génération de demain.

Joe Pulomena est directeur du marketing des produits magnétiques chez EPCOS Inc., une société du groupe TDK.

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