LAN alámbricas: The Oft

May 13, 2023

Joe Pulomena 14 de agosto de 2018

Durante la última década, las innovaciones en tecnología han ayudado a que las conexiones inalámbricas se vuelvan más predominantes y más confiables, lo que permite conexiones compartidas entre dispositivos y a través de mayores distancias. La tecnología inalámbrica definitivamente tiene su lugar. Sin embargo, las LAN alámbricas tienen muchos beneficios que son fundamentales para el diseño de la mayoría de las redes. Incluyen velocidad, menos interferencia electromagnética (EMI), mejor seguridad, más estabilidad y mayor confiabilidad. Con los nuevos avances tecnológicos, las ventajas de las LAN alámbricas aumentan exponencialmente.

1. En la imagen se muestra una estructura de interfaz LAN (100BASE-TX) con dos transformadores de pulso y dos estranguladores de modo común. (Fuente de la imagen: Product Marketing Magnetics, EPCOS Inc., A TDK Group Co.)

A menudo asociamos la tecnología inalámbrica con el Internet de las cosas (IoT), pero también funciona con redes LAN cableadas. Por ejemplo, a medida que aumentan más servidores, PC, portátiles, televisores inteligentes, dispositivos audiovisuales, puntos de acceso inalámbrico y otros dispositivos digitales dentro de una red, garantizar que una LAN con cable de calidad esté lo más cerca posible de los dispositivos ayudará a salvaguardar la éxito de la red. En pocas palabras, dependen de la conectividad LAN por cable para funcionar bien.

Como resultado, la cantidad de servidores y enrutadores que dan servicio a cada vez más puertos LAN seguirá creciendo, al igual que la multitud de dispositivos de consumo, como computadoras portátiles, televisores digitales y otros dispositivos audiovisuales, que se beneficiarán de los beneficios de la conexión por cable. Conectividad LAN.

La clave para redes LAN cableadas confiables

Para que las LAN cableadas funcionen, los transformadores de pulsos envían transmisiones de pulsos rectangulares. Los transformadores de pulso son como cualquier otro transformador; contienen devanados primarios y secundarios dentro de un solo núcleo. La separación galvánica ayuda a proteger los circuitos integrados sensibles y los dispositivos en red dentro de la red del sesgo de CC. Además, estos núcleos evitan las distorsiones de la forma de onda del pulso en un amplio rango de frecuencias. También tienen pérdidas bajas que transmiten ondas de pulso, teniendo muchas frecuencias diferentes resultantes de la Transformada Rápida de Fourier.

Los transformadores de pulso LAN más nuevos, que se han desarrollado durante los últimos años, utilizan materiales de ferrita de alto rendimiento en el núcleo. Además de mejorar el rendimiento, esto ayuda a que los transformadores tengan una vida útil operativa más prolongada.

2. Se fabrica un nuevo tipo de estrangulador de modo común utilizando materiales avanzados y procesos de bobinado automático. Esto produce módulos de transformadores de pulso que son lo suficientemente pequeños para integrarse en conectores LAN RJ-45 estándar. (Fuente de la imagen: Product Marketing Magnetics, EPCOS Inc., A TDK Group Co.)

Los transformadores de pulsos de LAN se utilizan normalmente junto con un estrangulador de modo común para formar un módulo de transformador de pulsos, que limita el ruido de modo común que entra o sale del sistema. Un módulo de transformador de pulso a menudo se integra dentro del conector RJ-45 para formar un módulo de conector. Como resultado, los transformadores de pulsos LAN deben ser extremadamente compactos para usarse en conectores RJ-45 estándar (consulte la figura 1).

Rendimiento extremadamente confiable

La demanda de transformadores de pulso SMD LAN ha aumentado significativamente en los últimos años, particularmente a medida que se conectan más dispositivos. Sin embargo, los métodos tradicionales de producción manual han sido la norma. Para acelerar la fabricación y mejorar el rendimiento, la calidad y la miniaturización de los transformadores de pulsos, era necesario que evolucionaran nuevos métodos de fabricación y diseños de transformadores de pulsos.

Para mejorar el rendimiento, los módulos de transformadores de impulsos utilizan núcleos anulares tanto en el estrangulador de modo común como en el transformador. Los núcleos anulares tienen un flujo de fuga más bajo debido a su diseño, lo que minimiza los espacios de aire que son características normales de otras formas de núcleo. Además, los núcleos de anillo se pueden fabricar mediante un proceso de bobinado automático, lo que evita irregularidades en el proceso de fabricación y dentro de los lotes de producción, incluso para diseños SMD compactos.

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Estos nuevos procesos de fabricación han ayudado a crear tipos completamente nuevos de filtros de modo común SMD y transformadores de pulso LAN. Los ingenieros descubrieron que el uso de un soporte de bobina en estranguladores de modo común SMD, con un perfil rectangular (núcleo DR) que se enrolla y une automáticamente a un núcleo o placa de ferrita SP, crearía el equivalente funcional de un núcleo de anillo. Para lograr este diseño, se utiliza un material especial de ferrita de Ni-Zn dentro de estos núcleos para crear una alta permeabilidad magnética y una densidad de flujo de saturación en todos los rangos de temperatura que normalmente se encuentran en los entornos LAN.

Además, estos tipos de filtros de modo común SMD y transformadores de pulsos de LAN emplean unión de termocompresión automatizada para los electrodos y cables del conector. Al hacerlo, proporcionan componentes de mayor calidad con características uniformes, una huella más pequeña y un costo general de fabricación más bajo.

Al tiempo que automatiza la producción, este avance en el proceso de fabricación mejora la calidad y la estabilidad del núcleo. También permite miniaturizar los módulos de transformadores de pulsos y hacerlos lo suficientemente pequeños como para integrarlos en conectores LAN RJ-45 estándar en tamaño de paquete 3232 (tan pequeño como 3,2 mm × 3,2 mm × 2,9 mm). El uso de estas técnicas y procesos de fabricación puede reducir la mayoría de los módulos de transformadores de pulsos 100BASE-TX hasta en un 30 % con un espacio que ocupa tan solo el 50 % del espacio que los transformadores de pulsos LAN tradicionales (consulte la figura 2).

Con estos innovadores procesos de fabricación, los transformadores de impulsos pueden exhibir una pérdida de inserción muy baja de 1,5 dB o menos en el rango de 0,1 MHz a 100 MHz. Y, con los avances en miniaturización, no podrán superar los 2,5 dB en el mismo rango (ver figura 3).

3. Se muestra la pérdida de inserción de un transformador de pulso SMD que opera por debajo de 1 dB en un rango de frecuencia muy amplio. (Fuente de la imagen: Product Marketing Magnetics, EPCOS Inc., A TDK Group Co.)

Pensamientos finales

Los nuevos transformadores de pulso SMD de bajo perfil y los estranguladores de modo común ofrecen todos los beneficios de los procesos de fabricación completamente automatizados, incluida la uniformidad, la confiabilidad y la miniaturización, para una amplia gama de condiciones de temperatura. Nuevos materiales, evaluación y simulación, y tecnología de dispositivos y módulos garantizarán la alta calidad y el alto rendimiento de estos dispositivos. Dicho rendimiento y confiabilidad son cruciales a medida que se agregan más y más puertos LAN a servidores, enrutadores, computadoras portátiles, televisores y otros equipos conectados, incluidas muchas aplicaciones en el mercado automotriz. Estoy emocionado de ver qué avances adicionales se desarrollarán en los próximos años, que se convertirán en una parte integral de las redes de próxima generación de alta velocidad del mañana.

Joe Pulomena es director de marketing de productos magnéticos en EPCOS Inc., una empresa del grupo TDK.

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