Sélection de transformateur de chiplan et de réseau

Sélection de transformateur de chiplan et de réseau

Ce qui suit est une comparaison technique plus complète et une analyse de conception de LAN CHIP capacitif / inductive et transformateurs de réseau intégrés. Le contenu est environ 2 fois plus profond que la version initiale, ajoutant une analyse de structure interne de l'appareil, des descriptions de défi de conception plus pratiques et des cas de technologie d'application de l'industrie:

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Partie 1: Capacitive Chip LAN VS Transformateur de réseau intégré - Une analyse systématique du principe à la mise en œuvre

1. Structure de l'appareil et principe physique

Capacitive Chip Lan:

• Décomposition de l'architecture:
• Les condensateurs en céramique à haute tension intégrés en interne (tension avec tension 1 - 2KV) servent de couche d'isolement, avec des réseaux de transmission de signal de mode différentiels connectés des deux côtés.
• Livré avec des diodes de protection ESD et des inductances en mode micro commun pour supprimer les pointes et l'EMI.
• Package typique: package de puces 0402/0603, conception SMD complète, pas de noyau magnétique.
• Modèle de chemin de signal:
• Présente une faible impédance aux hautes fréquences, permettant aux signaux de passer, mais le chemin CC est bloqué par le condensateur.
• L'inductance parasite (environ 1 - 2NH) et la capacité distribuée (0,5 - 1pf) affectent directement l'atténuation des signaux supérieurs à 10g.

Transformateur de réseau intégré:

• Décomposition de l'architecture:
• Core d'isolement magnétique: Toroïde magnétique de ferrite ou transformateur planaire, rapport d'enroulement primaire à secondaire 1: 1 (ou personnalisé).
• Circuit périphérique: Construit - dans le réseau de puce RC pour équilibrer l'impédance du mode commun, certains modules intègrent le starter en mode commun (CMC).
• Emballage: module DIP / SMD (taille 6x6 mm à 15x15 mm) avec blindage métallique.
• Efficacité de couplage magnétique:
• La perméabilité initiale (μI) et la densité de flux de saturation (BS) du matériau central déterminent la bande passante et la capacité de gestion de la puissance.

Comparaison des paramètres de clé: type de condensateur vs type de transformateur

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2. Défis profonds et solutions pour la conception matérielle

(1) Risques de conception capacitive en puce LAN

• Condensateur résiste à la dégradation de la tension:
• La charge et la décharge répétées de haute fréquence et haute tension (tels que les applications POE) provoquent le vieillissement du condensateur diélectrique et augmentaient le courant de fuite.
• Contre-mesure: Choisissez des condensateurs en céramique à haute stabilité tels que x7r / x8r et réserver une marge de tension à 20%.
• Contrôle des pertes de fréquences élevées:
• Lorsque la fréquence du signal est> 1 GHz, la fréquence de résonance du condensateur (SRF) limite la bande passante effective.
• Contre-mesures: raccourcissez la longueur de trace de Phy au condensateur (<5 mm), désactivez les vias et les tours d'angle à droite.

(2) Concevoir les risques de transformateur de réseau intégré

• Problème de saturation magnétique:
• Dans les scénarios de puissance élevés tels que PoE ++ (90W), les courants importants provoquent une saturation de base et des pertes montées en flèche.
• Contre-mesures: Choisissez Sendust ou nanocristallins avec des valeurs BS élevées et augmentez l'écart d'air (inductance sacrificielle).
• Interférence de rayonnement haute fréquence:
• Les transformateurs non blindés deviennent des sources de rayonnement dans la bande GHz, affectant les circuits RF (tels que les modules Wi - Fi / Bt).
• Contre-mesures: Souffez le boîtier du module et organisez des matériaux d'absorption magnétique (tels que les feuilles de ferrite) autour de lui.

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3. Adaptation technologique du scénario d'application et cas typiques

(1) Application flexible du LAN à puce capacitif

• Charge rapide et transmission de données deux - dans - un (USB PD + Ethernet):
• Dans une station d'accueil de type USB - C, utilisez un LAN capacitif pour économiser de l'espace tout en prenant en charge la livraison de 100W.
• Difficulté de conception: La communication du protocole PD (ligne CC) et le signal différentiel doivent être strictement isolés pour éviter le bruit de couplage capacitif.
• IoT industriel Low - Network Sensor Power:
• Dans la passerelle RS - 485 à Ethernet, l'isolement du condensateur répond à la tension de base de 2 kV, et il n'y a pas d'hystérésis de base à - 40 ℃ Startup à basse température.

(2) Applications finales élevées des transformateurs intégrés

• 800g Optical Module INTERFACE INTERFACE ISOLATION:
• Utilisez des transformateurs ultra - large bande (en prenant en charge 56 g Pam4) et combinez-les avec des pilotes linéaires pour compenser les pertes.
• Vérification SI: utilisez TDR (réflectomètre du domaine temporel) pour assurer l'erreur de correspondance d'impédance et de routage des PCB dans ± 5%.
• Gigabit Ethernet Backbone pour les véhicules électriques:
• Conception de renforcement mécanique du noyau et de la bobine, repottage en résine époxy pour éviter la rupture sous vibration et choc de température.

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Partie 2: Transformateur de réseau intégré inductif vs transformateur de réseau intégré - Percée dans les performances et la fiabilité à haute fréquence

1. Innovation technologique du LAN à puces inductives

(1) Fusion de l'intégration magnétique et de la technologie des semi-conducteurs

• Technologie d'inductance empilée 3D:
• Utilisez le TSV (via le silicium via) pour fabriquer des inductances en spirale sur des substrats de silicium, augmentant la valeur Q de 30% et soutenant 10 GHz Ultra - large bande.
• Fabricants typiques: série MLP de TDK (inductance multi-couches).
• Isolement composite magnétique et électrique:
• Isolement inductif + couplage capacitif double chemin, la conception redondante améliore le niveau EMC (comme la rencontre de CISPR 32 classe B).

(2) Limites de performance des transformateurs inductifs par rapport aux transformateurs traditionnels

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2. Haute - Pièces en fréquence et méthodes de fissuration dans la conception matérielle

(1) Suppression de la sonnerie du signal pour LAN à puces inductives

• Cause première:
• Les bords de signal élevé - Speed ​​(<100ps) déclenchent la résonance LC et la sonnerie entraîne une augmentation du taux d'erreur de bit (BER).
• Contre-mesures:
• Ajoutez une résistance de 22Ω (ou un réseau de terminaison réglable) en série du côté Phy pour correspondre à l'impédance du pilote.
• PLB PIED - OPTIMISATION UP: le plan de référence est terminé (éviter le croisement - segmentation) et l'espacement entre la couche de signal et la couche GND est <4mil.

(2) Contrôle de la diaphonie multi-port du transformateur intégré

• Cause première:
• Le couplage de champ magnétique des transformateurs multi-ports dans les commutateurs se détériore de diaphonie FAR - d'extrémité (FEXT).
• Contre-mesures:
• L'espacement du module est ≥ 10 mm et un plan de masse blindé est inséré entre les couches du signal (structure stripline).
• Les ports en série sont disposés en disposition échelonnée, brisant le couplage symétrique.

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3. Coupe de l'industrie - Applications de bord et tendances technologiques

(1) Intégration SIP de LAN à puces inductives

• Cas d'intégration hétérogène:
• Intel «Ethernet SIP»: Chip Phy, isolement d'inductance et téléviseurs sont intégrés dans un package de 5x5 mm avec une vitesse de 2,5 Gops.
• Avantages: Réduisez la zone PCB de 60% et augmentez le rendement à 99,8% (modules traditionnels 97%).

(2) Magneto - Technologie d'isolement hybride optique

• Voie technique:
• VCSEL (laser de surface de la cavité verticale) et photodiode sont intégrés dans le circuit magnétique du transformateur pour atteindre l'électricité - magnétique - triple optique isolement.
• Résiste à la tension dépassant 30kV et a été utilisée dans les systèmes de surveillance des sous-states UHV.

(3) Recherche et développement de noyaux magnétiques à points quantiques

• Innovation:
• Dot quantique - Les matériaux magnétiques dopés réduisent les pertes de fréquence élevées de 50%, prenant en charge les prototypes de communication Terahertz 1thz.
• Scénarios potentiels: réseau de backhaul sans fil 6G, Isolement élevé - INTERFÉRENCE RADAR PRÉCISION.

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4. Arbre de décision de sélection de l'ingénieur

Étape 1: prioriser les exigences

• Isolement résiste à tension> 3KV? → Sélectionnez un transformateur
• Les coûts de l'espace sensibles? → Choisissez capacitif
• Tarif> 10 Gbit / s? → Choisir le transformateur ou l'inducteur avancé
• Besoin d'automobile - Certification Grade? → Choisir AEC - Transformateur Q200

Étape 2: Vérifiez la stabilité de la chaîne d'approvisionnement

• Capacitive Chip LAN: Le cycle d'approvisionnement des fabricants taïwanais (Yageo / Walsin) est de 8 semaines, et le rendement des alternatives domestiques (Fenghua) doit être améliorée.
• Transformateur intégré: le TDK / Murata du Japon a un délai de livraison de 12 semaines, et la technologie de magnétron alternative nationale doit évaluer la fiabilité à long terme.

Étape 3: Projet de recherche et test préliminaire

• Éléments requis: test de tension d'isolement, vérification de l'impédance TDR, cycle thermique (- 55 ℃ ~ + 125 ℃ 1000 fois)
• Articles facultatifs: test ESD HBM, test de corrosion par pulvérisation saline (équipement maritime), analyse des vibrations aléatoires (véhicule - monté).

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Résumer

LAN à puce capacitif / inductif et transformateur de réseau intégré ont chacun leurs propres avantages techniques:

• Miniaturisation et coût: condensateur / puce d'inductance LAN domine l'électronique grand public et l'IoT léger.
• Fiabilité et performance extrêmes: les transformateurs intégrés sont toujours le meilleur choix pour les applications industrielles, automobiles et militaires.
• Future Battlefield: l'intégration magnétique 3D, le noyau magnétique quantique et la technologie d'isolement hybride magnétique -

Devise de conception: "Le niveau d'isolement et l'intégrité du signal sont les premiers principes, et tout le reste est un commerce -"