Разделительный трансформатор

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в упрощении изготовления. Разделительный трансформатор линии передачи (ITLT) для использования в системе передачи данных содержит: по существу плоскую подложку, выполненную из электроизоляционного материала, имеющую противоположные первую и вторую поверхности; первый порт, образованный двумя отдельными выводами, размещёнными на одной части подложки; второй порт, образованный двумя отдельными выводами, размещёнными на второй части подложки; первый проводник, последовательно соединенный с первым портом и выполненный в виде одиночного контура; второй проводник, электрически изолированный от первого проводника и последовательно соединенный со вторым портом. Второй проводник выполнен в виде одиночного контура в по существу противоположной ориентации относительно первого проводника. Первый и второй порты и по меньшей мере часть первого и второго проводников размещены на поверхности (поверхностях) подложки; и сердечник расположен между первым и вторым портами для покрытия большей части первого и второго проводников. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 32 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к разделительному трансформатору, в частности, хотя не исключительно, к разделительному трансформатору линии передачи (TLT), по меньшей мере часть которого обеспечена на по существу плоской подложке, например, на печатной плате или гибкой печатной плате, для использования в цепи или системе передачи данных. Изобретение также относится к способу изготовления разделительного трансформатора.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для передачи широкополосных сигналов на и от линий передачи с некоторой изоляцией по постоянному току и низким частотам зачастую требуется оборудование для передачи данных и измерения, например, для отклонения синфазных сигналов, например, шума от сети в «контурах заземления». Для этого обычно используется разделительный трансформатор постоянного тока.

Однако общепризнанно, что паразитное реактивное сопротивление известных трансформаторов будет ограничивать верхнюю используемую частоту (fU), которая может быть передана по линии передачи, внося потери и несоответствия. Кроме того, нижний предел частоты (fL) будет ограничиваться шунтирующим реактивным сопротивлением, затрудняя увеличение соотношения fU/fL сверх определенного предела, как правило, 100000. Следовательно, имеется ограничение достигаемой общей полосы пропускания.

Другим видом трансформатора является трансформатор линии передачи (TLT), в котором рассматриваются физические свойства проводов, используемых для обмоток трансформатора, расположенных таким образом, что они также образуют часть линии передачи.

В настоящее время в локальных и глобальных вычислительных сетях (LAN и WAN) используются только традиционные разделительные трансформаторы, и в их нынешнем виде, в силу вышеуказанных характеристик, они ограничивают полосу пропускания и, следовательно, не способствуют оптимизации потенциальных преимуществ высокоскоростных сетей, волоконно-оптических магистралей и сетей.

Дополнительная информация о TLT описана в документе Sevick, J., Transmission Line Transformers, Noble Publishing Corp., 4th edition, 2001, но эта ссылка не относится к разделительному TLT.

Документ US8456267 раскрывает разделительный TLT, имеющий порт с большим полным сопротивлением, как правило, для подключения аналогового радиооборудования к антеннам с большим полным сопротивлением без существенных потерь.

Документ US7924130 раскрывает разделительное магнитное устройство, имеющее один порт и множество обмоток, причем последние ограничивают верхнюю частоту приблизительно 2 ГГц. Раскрытое устройство имеет недостатки, заключающиеся в том, что оно может не соответствовать техническим условиям изоляции и потерь на отражение для стабильной передачи в дополнение к изменению характеристик, например, между отдельными полосами Ethernet и от устройства к устройству.

Трансформаторы вышеупомянутого типа, как правило, требуют ручной сборки, что ограничивает масштабы производства. Кроме того, верхняя полоса пропускания ограничивается множеством обмоток, используемых для обеспечения полосы пропускания, как правило, не более 2 ГГц, что ограничивает скорости передачи данных. Также может потребоваться синфазный дроссель.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В широком смысле представлен разделительный трансформатор линии передачи (ITLT) для использования при передаче данных, причем ITLT выполнен с первым и вторым портами, соединенными с соответствующими первой и второй обмотками, причем порты изолированы по постоянному току друг от друга.

В соответствии с одним аспектом представлен разделительный трансформатор для использования при передаче данных, причем трансформатор содержит:

по существу плоскую подложку, выполненную из электроизоляционного материала, имеющую противоположные первую и вторую поверхности;

первый порт, образованный двумя отдельными выводами, расположенными на одной части подложки;

второй порт, образованный двумя отдельными выводами, расположенными на второй части подложки;

первый проводник, последовательно соединенный с первым портом и выполненный в виде одиночного контура;

второй проводник, электрически изолированный от первого проводника и последовательно соединенный со вторым портом, причем второй проводник выполнен в виде одиночного контура в по существу противоположной ориентации относительно первого проводника;

причем первый и второй порты и по меньшей мере часть первого и второго проводников расположены на поверхности (поверхностях) подложки; и

сердечник, расположенный между первым и вторым портами для покрытия большей части первого и второго проводников.

В соответствии со вторым аспектом представлен разделительный трансформатор для использования в системе передачи данных, причем трансформатор содержит:

плоскую подложку, выполненную из электроизоляционного материала, имеющую противоположные первую и вторую поверхности и по существу противоположные края;

первый порт, образованный двумя отдельными выводами, расположенными на первом крае или вблизи него;

второй порт, образованный двумя отдельными выводами, расположенными на втором по существу противоположном крае или вблизи него;

вырезанный участок в подложке между первым и вторым портами;

сердечник, расположенный в вырезанном участке, причем сердечник имеет первый и второй концы с первым и вторым каналами, проходящими между концами; и

первый и второй в целом U-образные проводящие тракты, последовательно соединенные с первым и вторым портами соответственно, причем упомянутые тракты электрически изолированы друг от друга, и каждый тракт состоит из (i) первой и второй дорожек на поверхности подложки, которые проходят от соответствующих выводов порта к одному концу сердечника, (ii) пары проводов, которые соединяют первую и вторую дорожки, и которые проходят через соответствующие каналы сердечника к другому концу сердечника, и (iii) третьей дорожки на поверхности подложки, которая соединяет пару проводов на другом конце сердечника.

В соответствии с третьим аспектом представлен способ изготовления разделительного трансформатора, причем способ включает в себя этапы, на которых:

изготавливают по существу плоскую подложку, выполненную из электроизоляционного материала, имеющую противоположные первую и вторую поверхности;

монтируют на одной части подложки первый порт, образованный двумя отдельными выводами;

монтируют на второй части подложки второй порт, образованный двумя отдельными выводами;

монтируют первый проводник, последовательно соединенный с первым портом и выполненный в виде одиночного контура;

монтируют второй проводник, электрически изолированный от первого проводника и последовательно соединенный со вторым портом, причем второй проводник выполнен в виде одиночного контура в по существу противоположной ориентации относительно первого проводника;

причем первый и второй порты и по меньшей мере часть первого и второго проводников образованы в виде дорожек на поверхности (поверхностях) подложки; и

монтируют сердечник между первым и вторым портами для покрытия большей части первого и второго проводников.

В соответствии с четвертым аспектом представлен способ изготовления разделительного трансформатора, причем способ включает в себя этапы, на которых:

изготавливают по существу плоскую подложку, выполненную из электроизоляционного материала, имеющую противоположные первую и вторую поверхности;

размещают на части подложки:

первый порт, образованный двумя отдельными выводами;

второй порт, образованный двумя отдельными выводами;

первую проводящую дорожку, последовательно соединенную с первым портом и продолжающуюся по первой поверхности подложки в виде одиночного контура;

вторую проводящую дорожку, электрически изолированную от первого проводника и последовательно соединенную со вторым портом, причем второй проводник проходит по второй поверхности подложки в виде одиночного контура в по существу противоположной ориентации относительно первого проводника; и

устанавливают сердечник, который при использовании покрывает большую часть первого и второго проводников.

Предпочтительные аспекты определены в зависимых пунктах формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее изобретение будет описано в качестве неограничивающего примера со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:

фиг. 1 представляет блок-схему, иллюстрирующую источник данных, подключенный к линии передачи через трансформатор линии передачи;

фиг. 2 представляет принципиальную схему типичной модели трансформатора с сосредоточенными параметрами, иллюстрирующее паразитные элементы, которое приведено для понимания изобретения;

фиг. 3 представляет принципиальную схему типичного разделительного трансформатора, который является характерно дисперсионным и имеет ограниченную полосу пропускания, которое приведено для понимания изобретения;

фиг. 4 представляет принципиальную схему другого разделительного трансформатора линии передачи, которое приведено для понимания изобретения;

фиг. 5 представляет собой крупномасштабный вид катушек варианта осуществления, показанного на фиг. 4, иллюстрирующий межобмоточный зазор и паразитные емкости;

фиг. 6 представляет другой крупномасштабный вид катушек варианта осуществления, показанного на фиг. 4, иллюстрирующий внутриобмоточный зазор и паразитные емкости;

фигуры 7a и 7b представляют вид в поперечном сечении и осевую проекцию линии передачи в виде коаксиального кабеля, которые приведены для понимания изобретения;

фигуры 8a и 8b представляют вид в поперечном сечении и осевую проекцию двухпроводной линии передачи, которые приведены для понимания изобретения;

фиг. 9 представляет вид в перспективе физической реализации трансформатора, показанного на фиг. 4;

фиг. 10a представляет топологическое представление известного трансформатора линии передачи;

фиг 10b представляет топологическое представление трансформатора линии передачи в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 11a представляет альтернативное топологическое представление, соответствующее фиг. 10a;

фиг. 11b представляет альтернативное топологическое представление, соответствующее фиг. 10b;

фиг. 12 представляет характеристический график, иллюстрирующий задержки отражения, относящиеся к известному трансформатору линии передачи;

фигуры 13a и 13b представляют характеристические графики, иллюстрирующие минимальные задержки отражения, относящиеся к трансформатору в соответствии с настоящим изобретением;

фигуры 14a и 14b представляют вид в плане и вид сбоку физической реализации трансформатора, которые приведены для понимания изобретения;

фиг. 15 представляет вид в разрезе альтернативной физической реализации, который приведен для понимания изобретения, причем используется сердечник бусинкового/бинокулярного типа;

фиг. 16 представляет собой вид в перспективе реализации, показанной на фиг. 15;

фиг. 17 представляет вид в разрезе альтернативной физической реализации, который приведен для понимания изобретения, причем используется два трансформатора бусинкового или бинокулярного типа;

фигуры 18a-18g представляют виды некоторых топологий трансформатора, используемых без ограничения в вариантах выполнения настоящего изобретения;

фигуры 19a-19c представляют виды в плане подложки, на которой размещена одна топология трансформатора;

фиг. 20 представляет вид в плане подложки, показанной на фигурах 19, с вырезанными участками;

фигуры 21a и 21b представляют вид в перспективе и торцевой вид подложки с удаленными вырезанными участкам;

фиг. 22 представляет вид в перспективе подложки, показанной на фигурах 21, относительно двухкомпонентного сердечника;

фигуры 23a и 23b представляют торцевые виды конструкции, показанной на фиг. 22, иллюстрирующие размещение сердечника поверх подложки;

фиг. 24 представляет вид в плане типичной рамки для монтажа подложки в соответствии с некоторыми вариантами осуществления;

фигуры 25a и 25b представляют вид в плане и вид c торца рамки, показанной на фиг. 24, с установленной подложкой;

фигуры 26a и 26b представляют собой вид плане и вид c торца рамки, установленной на печатной плате;

фигуры 27a и 27b представляют виды в плане дополнительного варианта осуществления, в котором на одной подложке обеспечено множество трансформаторов;

фиг. 28 представляет вид в плане и вид c торца варианта осуществления, показанного на фиг. 27, установленного на печатной плате;

фиг. 29 представляет вид в плане удерживающей подложку части топологии трансформатора в соответствии с дополнительным вариантом осуществления;

фиг. 30 представляет вид в перспективе сердечника, в котором размещены провода, для завершения топологии, показанной на фиг. 29;

фиг. 31 представляет вид в плане сердечника, показанного на фиг. 30; и

фиг. 32 представляет вид в плане подложки, показанной на фиг. 9, с установленными на ней сердечниками, показанными на фиг. 30.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Варианты осуществления настоящего изобретения описывают разделительный трансформатор, который более предпочтительно представляет собой трансформатор линии передачи (далее «ITLT»), и способ его изготовления.

ITLT получают путем нанесения известными способами проводящих дорожек или полос в конкретной конфигурации на обе стороны плоской изоляционной подложки, например, печатной платы (PCB) или гибкой печатной платы (гибкой PCB). Это позволяет получать ITLT эффективным образом с использованием известных способов изготовления печатных плат, используемых в массовом производстве, и при этом обеспечивает улучшенные характеристики по сравнению с известными ITLT. Процесс изготовления может быть полностью автоматизирован и не требует ручной сборки. Полученная конструкция также является относительно компактной и может быть легко сопряжена с коммуникационным оборудованием, например, широкополосным и измерительным оборудованием, как правило, смонтированным на печатных платах. Полученный ITLT может обеспечивать полосу пропускания значительно выше 2 ГГц и подходит для скоростей передачи данных, необходимых для технологий 40G, 100G plus. Продемонстрирована скорость/полоса пропускания 200G plus/10 ГГц. Также улучшены низкочастотные характеристики ITLT, которые могут быть отрегулированы, например, с 160 мкГн/1G до 3,8 мкГн/200G в зависимости от количества используемых бусин, что предпочтительно для характеристик приемопередатчика сети Интернет, обеспечивая переменную индуктивность разомкнутой цепи. Для ITLT не требуется синфазный дроссель. Он также исключает необходимость интеграции или подключения трансформатора с использованием стандартного протокола «Bob Smith».

В некоторых вариантах осуществления ITLT может быть использован с системами передачи данных. За счет свой конструкции и конфигурации ITLT обеспечивает изоляцию по постоянному току с по существу бесшовным соединением между источником данных на одном порту и другим средством передачи данных на другом порту, в частности, линией передачи (или линией приема данных) для последующей передачи (или приема) данных. В некоторых вариантах осуществления множество ITLT может быть использовано для соединения множества линий передачи или приема данных наряду с регенераций для обеспечения передачи и приема на больших расстояниях.

Предпочтительно ITLT данной конструкции и конфигурации может обеспечивать передачу и прием данных с гораздо более высокой скоростью передачи данных, чем традиционно известные или доступные средства, при этом поддерживая используемую частоту относительно постоянной или управляемой. Это может обеспечить большую общую полосу пропускания, чем доступно в настоящее время (доступная полоса пропускания, как правило, в 100000 раз больше нижней используемой частоты).

Фиг.1 иллюстрирует типичную систему, в которой может быть использован ITLT, содержащую источник 3 цифровых данных или приемник 3 цифровых данных, ITLT 1 и линию 5 передачи, которая обеспечивает передачу данных на удаленный конец или с него. Источник или приемник 3 цифровых данных подключен к ITLT 1 через соответствующие двухполюсные порты, и ITLT подключен к линии 5 передачи через соответствующие двухполюсные порты, как показано на фигуре.

Источник или приемник 3 данных может представлять собой компьютер (например, персональный компьютер или ноутбук), вычислительную сеть, будь то LAN или WAN, звуковое оборудование, цифровое теле/видео оборудование, телекоммуникационное оборудование или тестовое и измерительное оборудование в качестве примеров. Может быть использован любой источник цифровых данных, работающий на широкополосных скоростях, в частности, на скоростях выше 256 кбит/с и, возможно, до 100 Гбит/с, а возможно и выше. Современное состояние уровня техники ограничивает текущую полосу пропускания величиной порядка 1000 МГц (10GBase-T, например, ограничен 500 МГц), тогда как варианты осуществления, описанные в настоящем документе, могут обеспечивать расширение полосы пропускания до 5000 МГц и выше.

Линия передачи, используемая в конструкции ITLT 1, может представлять собой в общем линию передачи любого типа, например, линию параллельной передачи, коаксиальный кабель, полосковую линию и микрополосковую линию, печатную плату или гибкую печатную плату и т.п. Линия 5 передачи может быть выполнена на интегральной схеме (ИС) или чипе для поверхностного монтажа.

Особенно предпочтительная конструкция печатной платы или гибкой печатной платы и способ ее изготовления будут описаны ниже.

ITLT 1 содержит первый и второй порты и по меньшей мере два проводника, образующих линию передачи, причем каждый проводник обмотан вокруг сердечника, например, тороидального ферритового сердечника, для получения первой и второй катушек, образованных смежными обмотками, причем первый проводник последовательно соединен с первым портом, а второй проводник последовательно соединен со вторым портом. За счет такой конструкции обеспечивается необходимая изоляция по переменному току и низким частотам между портами, например, для отклонения синфазных сигналов, например, шума от сети в контурах заземления.

Как будет объяснено ниже, линия передачи ITLT 1 будет иметь известное волновое полное сопротивление Z0, который предоставляется производителем линии передачи, и/или который может быть измерен. За счет такой конструкции и конфигурации ITLT 1 волновые сопротивления Z1 и Z2, которые представлены на первом и втором портах, могут быть такими же, как Z0, или могут отличаться от него. Однако, в конечном итоге, важно, чтобы волновые полные сопротивления Z1 и Z2 портов по существу соответствовали соответствующим активным сопротивлениям источника или приемника 3 данных и линии 5 передачи. Это будет обеспечивать бесшовное или практически бесшовное соединение за счет минимизации отражений и, следовательно, потерь.

Необходимо понимать, что в традиционных трансформаторах волновые сопротивления портов зависят от частоты, и, следовательно, существует ограничение используемой полосы пропускания, в частности, верхней используемой частоты fU.

В настоящем варианте осуществления конструкция и конфигурация ITLT 1 обеспечивают относительно плоское волновое полное сопротивление и частотную характеристику в гораздо более широкой полосе пропускания, чем в случае традиционных разделительных трансформаторов.

В данном контексте фиг. 2 схематически иллюстрирует типичную модель разделительного трансформатора или TLT с сосредоточенными параметрами, которая приведена для понимания ограничивающего поведения традиционных разделительных трансформаторов или TLT. L1 и L2 представляют собой физические катушки, образованные множеством обмоток, которые обеспечивают взаимную индуктивность M, тогда как дополнительные элементы L3, L4, L5, L6, C0, C1, C2 и C3 представляют собой паразитные элементы, которые ограничивают характеристики, в частности, высокочастотные характеристики.

В этом варианте осуществления представлен и описан ITLT с соотношением трансформации полного сопротивления 1:1, т.е. волновые полные сопротивления Z1=Z2 являются подходящими, когда источник или приемник 3 данных и линия 5 передачи имеют одинаковое волновое полное сопротивление для бесшовного соединения. Однако необходимо понимать, что могут быть использованы другие соотношения трансформации, например, 1:2, 1:4, 1:9, 4:1, 9:1, Кроме того, ITLT не ограничивается только двумя портами, и могут быть использованы многопортовые топологии.

Фиг. 3 иллюстрирует вариант осуществления широко используемой альтернативы для разделительного трансформатора, который обычно не создает волновые полные сопротивления на своих портах, а также постоянную задержку передачи между ними и в результате является дисперсионным и имеет ограниченную полосу пропускания.

Фиг. 4 представляет собой вариант осуществления ITLT, который приведен для понимания изобретения, состоящий из первого проводника 17, последовательно соединенного с первым и вторым выводами первого порта (порт 1) и обмотанного вокруг сердечника для получения первой катушки 19, образованной множеством обмоток. Второй проводник 21 последовательно соединен с первым и вторым выводами второго порта (порт 2) и обмотан вокруг сердечника для получения второй катушки 23, образованной таким же количеством обмоток. ITLT обеспечивает соотношение трансформации 1:1. Пунктирные линии между катушками 19, 23 показывают, что катушки физически образуют линию передачи и, фактически, в этом варианте осуществления образованы длиной коаксиального кабеля RG179 с волновым полным сопротивлением 50 Ом, хотя могут быть использованы другие формы линии передачи с другими волновыми полными сопротивлениями. Необходимо отметить, что этот вариант выполнения разделительного TLT использует другую топологию, в которой второй порт (порт 2) имеет центральную точку вывода (ответвление) в пределах второй катушки 23, что считается предпочтительным. В некоторых вариантах осуществления второй порт может быть слегка смещен от центра.

Как показано на фиг. 4, на физическом конструктивном уровне обмотки 19 и 23 расположены вокруг сердечника таким образом, чтобы образовать линию передачи между ними.

Фиг. 7a иллюстрирует вид в поперечном сечении коаксиального кабеля 31, который показан для понимания изобретения, и который используется в этом варианте осуществления для первой и второй катушек 19, 23, хотя могут быть использованы альтернативные линии передачи. Необходимо понимать, что коаксиальный кабель содержит внутренний проводник 33, окруженный трубчатым изолирующим слоем, окруженным трубчатым проводящим экраном 35. Фиг. 7b иллюстрирует кабель 31 вдоль участка по длине оси. Зазор «g» между внешней поверхностью сердечника 33 и внутренней поверхностью внешнего экрана 35 является по существу постоянным по всей длине, причем он представляет собой межобмоточный зазор. Внутренний проводник 33 в этом случае обеспечивает первую катушку 19, а экран 35 обеспечивает вторую катушку 23.

Фигуры 8a и 8b иллюстрируют виды в разрезе двухпроводной линии передачи, которая представляет собой дополнительный пример того, что может быть использовано при изготовлении катушек для TLT 1, и соотношение соответствующего зазора.

Обратимся к фиг. 9, на которой показан пример физического расположения коаксиального кабеля, который может быть использован в варианте осуществления, показанном на фиг. 4, вокруг сердечника 41, а также порты. В этом случае показан частичный вид цилиндрического сердечника 41, хотя может быть использован тороидальный сердечник. Межобмоточный зазор g между проводниками остается постоянным по всей длине катушки вокруг сердечника, как и внутриобмоточный зазор G.

Вернемся к фигурам 5 и 6, за счет такого физического расположения паразитные меж- и внутриобмоточные емкости Cg и CG являются постоянными и распределенными. Межобмоточная паразитная емкость Cg относится к линии передачи, образованной двумя катушками (фиг. 4) 19, 23, и обратно пропорциональна межобмоточному зазору g. Внутриобмоточная паразитная емкость CG в этой конструкции обратно пропорциональна внутриобмоточному зазору G. Увеличение зазора G приводит к увеличению верхнего предела частоты и, следовательно, полосы пропускания.

В некоторых вариантах осуществления проводники катушек (фиг. 4) 19, 23 имеют постоянное сечение и, следовательно, постоянную площадь поверхности.

В некоторых вариантах осуществления размеры сердечника также важны, поскольку индуктивность можно регулировать путем изменения размеров; например, уменьшения диаметра и/или длины сердечника. Это приводит к уменьшению или увеличению нижней частоты (OCL). Материал сердечника также имеет значение, в одном варианте осуществления настоящего изобретения используется ферритовый сердечник с выбранной проницаемостью, например, 10000 μ. Альтернативно в других вариантах осуществления могут быть использованы другие проницаемости и типы материалов, например, MnZn и NiZn.

В некоторых вариантах осуществления длина и конструкция обмотки также могут быть использованы для регулировки полосы пропускания, поскольку, чем меньше длина обмотки, тем выше используемая верхняя частота (fU). Таким образом, в целом имеется смысл минимизации размеров.

Вернемся к конкретному варианту выполнения, схематически показанному на фиг. 4, при использовании топологии 1:1 за счет физического использования коаксиального кабеля RG179 длиной 1,2 метра с волновым полным сопротивлением 50 Ом, наряду с вышеупомянутыми постоянными меж- и внутриобмоточными зазорами вокруг сердечника, была зафиксирована индуктивность намагничивания 5,1 мГн. В ходе измерения также наблюдалось отсутствие верхнего предела частоты или по меньшей мере очень высокий верхний предел частоты с использованием конкретного тестового сигнала.

Также было обнаружено, что настоящий вариант осуществления показал по существу постоянное волновое полное сопротивление Z0, составляющее 100 Ом, и задержку передачи, составляющую 6 нСм, независимо от частоты выше низкочастотной осечки fl, составляющей 1,5 кГц.

Этот результат не согласуется с традиционными разделительными трансформаторами и моделями TLT. Фактически, применение числовых параметров к традиционным моделям с распределенными параметрами дало прогнозируемый верхний предел частоты порядка 1/(2×6нСм) 83 МГц. Однако в настоящем варианте осуществления не наблюдается такого верхнего предела. Фиг. 4 иллюстрирует схематическое изображение модели, более совместимой с этими выводами, указывающей способ проектирования и изготовления ITLT для бесшовного соединения между источником и линией передачи с целью обеспечения более широкой полосы пропускания. Кроме того, каскадирование множества линий передачи с использованием таких ITLT и шунтирующей индуктивности намагничивания обеспечивает увеличение (fU) по сравнению с известными в настоящее время прогностическими моделями.

Было обнаружено, что отражения, зафиксированные от входного порта (порт 1), указывают постоянное активное волновое полное сопротивление и постоянную задержку передачи (задержку по времени) по существу таким же образом, как в случае кабеля передачи. В варианте осуществления, показанном на фиг. 4, было обнаружено, что волновое полное сопротивление на обоих портах в два раза больше, чем волновое полное сопротивление Z0 линии передачи, используемой для образования разделительного TLT с использованием топологии 1:1. Таким образом, в этом случае волновое полное сопротивление, составляющее 100 Ом, был представлен на обоих выводах, в связи с чем разделительный TLT подходит для подключения к источнику и приемнику 3 данных на 100 Ом и линии 5 передачи на 100 Ом, причем полученное согласование поддерживается в широкой полосе пропускания.

Был сделан вывод, что TLT (кроме изоляции по постоянному току) может быть точно смоделирован шунтирующей индуктивностью, т.е. индуктивностью намагничивания сердечника, последовательно с участками линии передачи (в этом отношении будут работать модели с L-участком, T-участком и/или Pi-участком). В связи с этим можно изготовить TLT для изоляции по постоянному току, который обеспечивает очень широкую полосу пропускания, с существенным увеличением fU, которое само по себе ограничивается только потерями линии передачи.

Этот вариант осуществления, как упомянуто, обеспечивает по существу постоянный и активное волновое полное сопротивление на портах 1 и 2. Индуктивность рассеяния традиционного разделительного трансформатора и TLT моделируется как индуктивность с сосредоточенными параметрами, которая индуктивно не связана ни с чем другим, и которая проявляется последовательно со 100% связанными взаимными индуктивностями традиционного разделительного трансформатора и TLT. Однако в настоящем осуществления есть признаки того, что хотя индуктивности рассеяния все еще существуют, они не появляются (при моделировании) как один сосредоточенный параметр на портах, а распределяются. Они проявляются или моделируются как последовательность малых инкрементальных индуктивностей, ни с чем не связанных и распределенных между инкрементальными разнесенными параметрами взаимной индуктивности и инкрементальными разнесенными параметрами межобмоточной емкости. Эта модель обеспечивает многозвенную схему последовательных индуктивностей (Ls) в двух ветвях обмоток, связанных шунтирующими емкостными параметрами, перемежающимися со взаимно разнесенными индуктивными параметрами. Многозвенная схема может быть распознана как идентичная или по существу идентичная инкрементальной модели с сосредоточенными параметрами реальной линии передачи с теми же свойствами, а именно волновым полным сопротивлением, которое является постоянным, и условием передачи, которое представляет собой по существу постоянную задержку распространения. Таким образом, в этом варианте осуществления берутся сосредоточенная паразитная индуктивность (L) рассеяния и межобмоточная емкость (C) традиционно изготовленных разделительных трансформаторов/TLT с первичной и вторичной катушками, намотанными на сердечник, и распределяются в качестве распределенных L и C линии передачи с волновым полным сопротивлением SQRT (L/C) путем намотки первичной и вторичной катушек в качестве линии передачи.

С точки зрения конкретной конструкции с топологией, показанной на фиг. 4, а именно, 1:1, выбранная линия передачи, с помощью которой можно получить разделительный TLT, должна иметь волновое полное сопротивление, равное половине полных сопротивлений, требуемых на портах, т.е. источнике и приемнике 3 данных и линии 5 передачи. Полученное соответствие остается плоским в широкой полосе частот, как и наблюдаемая задержка передачи. Единственный наблюдаемый значительный компонент отражений на портах связан с собственным шунтирующим магнитным полным сопротивлением разделительного TLT. Однако эти отражения из-за паразитной индуктивности рассеяния и межобмоточной емкости традиционного (не TLT) разделительного трансформатора были по существу или полностью были отнесены к постоянному активному волновому полному сопротивлению и задержке передачи этого ITLT. Заметными результатом этого является существенное увеличение верхней частоты/полосы пропускания, ограниченное только потерями линии 5 передачи, к которой он подключен, полосы пропускания схем и других логических компонентов, с которыми он объединен, и шунтирующим магнитным полным сопротивлением разделительного TLT.

Соотношение между волновым полным сопротивлением на портах и волновым полным сопротивлением составляющей линии передачи топологии ITLT 1:1 также означает, что использование двух линий передачи с волновым полным сопротивлением Z0, соединенных параллельно, может обеспечить общий составной разделительный TLT с волновым полным сопротивлением, по существу равным Z0 на портах. Это имеет преимущество в том, что линии передачи с общедоступными волновыми полными сопротивлениями (например, 50 Ом) могут быть использованы между системами, требующими такого же полного сопротивления, например, 50 Ом, несмотря на вышеупомянутое соотношение. Таким образом, путем параллельного соединения двух разделительных TLT с топологией 1:1 (как показано на фиг. 4) для обеспечения составного разделительного TLT использование линии передачи на 50 Ом для разделительных TLT обеспечит 50 Ом на первом и втором портах.

Для аналогичных целей может быть использовано более двух параллельных разделительных TLT для обеспечения требуемых полных сопротивлений на портах. При необходимости также может быть обеспечено более двух портов.

Напомним, что (fL) поддерживается шунтирующим магнитным сопротивлением, которое обратно пропорционален собственной индуктивности намагничивания. Эта индуктивность намагничивания увеличивается при увеличении коэффициента индуктивности сердечника как квадрат числа витков. Верхний предел частоты из-за шунтирующего магнитного полного сопротивления, в свою очередь, связан с (паразитными) внутриобмоточными емкостями катушек, отличными от межобмоточных емкостей катушек. Верхний предел частоты обратно пропорционален внутриобмоточной емкости. Внутриобмоточная емкость может быть выгодно уменьшена, дополнительно увеличивая верхний предел (fU) частоты, путем уменьшения длины и диаметра составляющей линии передачи, из которой изготовлен настоящий вариант осуществления. В совокупности это означает, что уменьшение размеров варианта выполнения эффективно увеличивает верхний предел частоты без дальнейшего увеличения нижнего предела частоты в такой степени, что индуктивность намагничивания может поддерживаться при уменьшении размеров, например, путем сохранения постоянного количества витков при сохранении постоянного сопротивления сердечника, т.е. для заданного материала сердечника сохранения отношения сечения магнитного пути и длины. Этот процесс ограничен только необходимостью предотвращения чрезмерных потерь, например, потерь меди в тонких проводниках, и допустимой мощностью ITLT, поскольку ITLT должен иметь определенный минимальный размер для работы с заданной мощностью без искажения и/или повреждения.

Фигуры 10 и 11 дают более обобщенное сравнение между топологиями известного трансформатора и трансформатора в соответствии с настоящим вариантом осуществления, которые были описаны выше в отношении фигур 3 и 4 соответственно, хотя по причинам, которые будут объяснены, использованы только одиночные обмотки для каждой проволоки.

Необходимо отметить, что в варианте осуществления известного уровня техники, показанном на фигурах 10(a) и 11(a), волновое полное сопротивление не является постоянным, а полоса пропускания ограничена.

Топология, показанная на фигурах 10(b) и 11(b), указывает существенный признак настоящего варианта осуществления, заключающийся в том, что имеется два порта, которые являются механически и топологически противоположными. Это обеспечивает постоянное активное полное сопротивление и увеличенную полосу пропускания.

Обратимся к фиг. 12, на которой показан график зависимости напряжения от времени для известного трансформатора, показанного на фиг. 3/11(a), где Zc - волновое полное сопротивление линии передачи, например, 100 Ом, а Zx - волновое полное сопротивление трансформатора. OC и SC представляют условия разомкнутой цепи и короткого замыкания соответственно. Как показано на фиг. 12, вариант осуществления, проиллюстрированный на фиг. 3 (и фиг. 11(a)) имеет другую точку окончания, что приводит к значительному отражению, которое вызывает изменение полного сопротивления, ограничивая полосу пропускания трансформатора.

Обратимся к фигурам 13(a) и (b), которые соответствуют трансформатору, показанному на фиг. 4/11(b). Обратимся к фиг. 13(a), точка завершения отличается, и хотя X показывает некоторую неопределенность между трансформатором и линией передачи, в целях наглядности на фиг. 13(b) показан только конечный результат топологии, показанной на фиг. 4/11(b), который представляет собой по существу трансформатор бесшовной линии передачи.

Для обеспечения оптимальных характеристик в дополнительных вариантах осуществления, а также при наличии портов на противоположных концах, с механической точки зрения используется один виток или обмотка, которая, как было установлено, может обеспечивать верхнюю частоту более 2 ГГц и более 10 ГГц.

Фигуры 14(a) и 14(b) иллюстрируют вариант осуществления 61 настоящего изобретения, в котором используется пара проводников 64, 65, обмотанных вокруг центральной части 63 ферритового броневого сердечника 62, причем каждый проводник продолжается между механически противоположными портами 1 и 2, и выполнен с использованием одного витка или обмотки в соответствии с топологией, показанной на фиг. 4/11(b). Здесь отсутствует внутриобмоточная емкость, и она не ограничивает сочетания низкой/высокой пропускной способности. Проводники изолированы друг от друга и предпочтительно имеют по существу постоянный зазор.

В варианте осуществления, который приведен для понимания изобретения, броневой сердечник 62 имеет диаметр приблизительно 12,5 мм, а диаметр центральной части 63 имеет отверстие приблизительно 0,2 мм. Проницаемость ферритового материала составляет приблизительно 10000 μ. Этот вариант выполнения при испытании демонстрирует индуктивность разомкнутой цепи (OCL) 160 мкГн и полосу пропускания 10 ГГц. Изменения одного или более из этих параметров могут обеспечить более высокую пропускную способность.

Далее обратимся к фигурам 15-17, на которых показаны и описаны альтернативные практические варианты осуществления с точки зрения того, как они могут быть изготовлены.

Обратимся к фиг. 15, на которой показан вид сверху трансформатора 70. Он содержит сердечник 71 бинокулярного (или бусинкового) типа с двумя параллельными отверстиями 74, 75, через которые проходят скрученные проводники 73, 76 для обеспечения линии передачи. Фактически, сердечник может быть тороидальным, бинокулярным или броневым, но бинокулярный сердечник наиболее подходит для настоящего варианта выполнения.

Первый порт (порт 1) обеспечен на одной стороне сердечника 71 и содержит первый проводник 73, который продолжается от одного вывода порта через первое отверстие 74, после чего он выходит из первого отверстия и возвращается через второе отверстие 75, заканчиваясь на другом выводе порта. Второй порт (порт 2) смонтирован на механически противоположной стороне сердечника 71 и содержит второй проводник 76, который продолжается от одного вывода порта через второе отверстие, после чего он выходит из второго отверстия и возвращается через первое отверстие 74, заканчиваясь на другом выводе порта. Следовательно, проводники 73, 76 выполняют один виток или обмотку, как и в предыдущем варианте осуществления, который, как установлено, показал особенно предпочтительные результаты. Проводники 73 и 76 скручены внутри сердечника 71, как показано, но изолированы друг от друга окружающим изоляционным материалом и имеют по существу постоянный зазор.

Фактически, каждый проводник 73, 76 имеет U-образную конфигурацию, протянутую с противоположных концов через сердечник 71.

Фиг. 16 иллюстрирует вид в перспективе конфигурации, показанной на фиг. 15.

В одном примере Zc на порту 1 и порту 2 составляет 100 Ом, и этом случае линия передачи имеет Zc/2=50 Ом.

Другие примерные размеры с дополнительным синфазным соединением (CMC) приведены ниже.

Для достижения 100 кГц при 37,5 мА/15000 μi для OCL 350 мкГн необходимы следующие размеры: наружный диаметр (OD) 4 мм, внутренний диаметр (ID) 0,5 мм и длина 38 мм. Для четырех полос это соответствует размеру 20 мм × 45 мм × 6 мм.

Для достижения 100 кГц при 8 мА/15000 μi для OCL 120 мкГн как правило, необходимы следующие размеры: OD 4 мм, ID 0,5 мм и длина 12 мм. Для четырех полос это соответствует возможному размеру 20 мм × 20 мм × 6 мм.

Фиг. 17 представляет альтернативную конструкцию 80, в которой бинокулярный сердечник фактически разделен на две части 81a, 81b, но в целом имеет такие же общие размеры. В этом случае порты 1 и 2 по-прежнему являются механически противоположными, но расположены между двумя частями 81a, 81b сердечника. В частности, первый порт (порт 1) обеспечен с одной стороны частей 81a, 81b сердечника, как правило, в зазоре между двумя частями, и содержит первый проводник 83, который продолжается от одного вывода порта через первое отверстие 85a, после чего он выходит на одном конце и возвращается через второе отверстие 84a, через другое второе отверстие 84b, выходит на другом конце и возвращается через другое первое отверстие 85b, заканчиваясь на другом выводе порта. Второй порт (порт 2) обеспечен с противоположной стороны частей 81a, 81b сердечника, как правило, в зазоре между двумя частями. Второй проводник 86 продолжается от одного вывода порта, через второе отверстие 84a, после чего он выходит на одном конце и возвращается через первое отверстие 85a, через другое первое отверстие 85b, выходит на другом конце и возвращается через другое второе отверстие 84b, заканчиваясь на другом выводе порта. Проводники 83, 86 и 76 скручены внутри частей 81a, 81b сердечника, как показано, но изолированы друг от друга окружающим изоляционным материалом и могут иметь по существу постоянный зазор.

Анализ путем моделирования варианта осуществления , проиллюстрированного на фиг. 17, показал, что паразитный резонанс удваивается по сравнению с примером, показанным на фигурах 15 и 16. Конструкция с одной бусиной 20 мм имеет резонанс 6-7 ГГц, тогда как две бусины по 10 мм, как на фиг. 17, обеспечивают резонанс 12-14 ГГц. Любая конструкция соответствует всем требованиям к совместимости с существующими системами, а также развивающимися стандартами 40GBase-T и 100GBase-T, как и при использовании вышеописанной конструкции с тороидальным или броневым сердечником. Геометрия броневого сердечника свободна от этого резонанса, а геометрия бусинкового типа, которая принимают проволочные контуры, и которая имеет одинаковую ширину и длину, по существу предотвращает эту паразитную моду, подобно или эквивалентно квадратному броневому сердечнику.

В варианте осуществления, показанном на фигурах 15-17, которые приведены для понимания изобретения, броневой сердечник 71, 81 имеет длину приблизительно 15 мм и диаметр центральных отверстий 74, 75, 84, 85 приблизительно 0,2-0,5 мм. Проницаемость ферритового материала составляет приблизительно 10000 μ. Эти варианты выполнения при испытании показали индуктивность разомкнутой цепи (OCL) 160 мкГн и полосу пропускания 10 ГГц и выше. Изменения одного или более из этих параметров могут обеспечить более высокую пропускную способность, в зависимости от индуктивностей разомкнутой цепи.

Конструкция демонстрирует вышеупомянутые полезные эффекты, что делает ее особенно подходящей для широкополосной передачи данных. Например, была продемонстрирована работа в полосе пропускания гораздо выше 2 ГГц с вносимыми потерями в пределах стандарта -3дБ. Использование только одного витка или обмотки для каждого проводника расширяет верхний предел частоты. Любому ухудшению индуктивности разомкнутой цепи (OCL) можно противодействовать, например, путем изменения размеров сердечника (например, отверстия) и/или проницаемости материала сердечника.

Далее будут описаны предпочтительные варианты выполнения изобретения с конкретным акцентом на ITLT и способы изготовления для эффективного производства. Варианты осуществления основаны на вышеописанных топологиях и характеристиках, и эта информация была использована для изготовления трансформаторов на плоской подложке, которые могут использовать преимущество эффективных способов изготовления.

Варианты осуществления включают в себя размещение проводников ITLT на по существу плоской подложке, например, на печатной плате или гибкой печатной плате.

Может быть использована любая подходящая изоляционная подложка. В некоторых вариантах осуществления предполагается, что в качестве подложки, на которой размещают проводники, используется гибкая печатная плата.

Обратимся к фигурам 18a-18g, на которых показаны пять различных подходящих топологий ITLT в соответствии с настоящим изобретением, причем на фигурах 18e-18g показаны варианты пятой топологии.

Фиг. 18a иллюстрирует топологию 100 в соответствии с первым вариантом осуществления и показывает первую и вторую схемы 101, 106 дорожек, которые при использовании нанесены на противоположные стороны гибкой печатной платы в противоположных конфигурациях, как показано. Схемы 101, 106 дорожек электрически изолированы друг от друга, т.е. не соединены проводящими дорожками.

Первая схема 101 дорожки содержит первый порт 102, образованный двумя пространственно отделенными выводами 103, 104 порта, которые проходят через проводники 103’, 104’ до проводящего контура 105. В этом контексте проходит (и далее по тексту) выражение «контур» означает незамкнутый контур, который от порта и возвращается к порту при последовательном соединении.

Контур 105 имеет прямоугольную форму на виде в плане и последовательно соединен с соответствующими выводами 103, 104 первого порта 102.

Вторая схема 106 дорожки содержит второй порт 111, образованный двумя пространственно отделенными выводами 107, 108 порта, которые проходят через проводники 107’, 108’ до проводящего контура 109. Контур 109 последовательно соединен с соответствующими выводами 107, 108 второго порта.

Второй контур 109 имеет по существу такую же форму и размеры, как первый контур 105, хотя он имеет противоположную ориентацию, так что первый и второй порты 102, 111 противоположны друг другу на гибкой печатной плате. Первый и второй контуры 105, 109 перекрываются друг с другом так, что продольные и поперечные участки выровнены по обе стороны гибкой печатной платы, в отличие от портов 102, 111.

Фиг. 18b иллюстрирует топологию 110 в соответствии со вторым вариантом осуществления, которая подобна топологии, показанной на фиг. 18a, но в этом случае используется проводник центрального ответвления. Что касается первой схемы 101 дорожки, первый проводник 112 ответвления проходит от центра 113 поперечного участка первого контура 105. Первый проводник 112 ответвления проходит между продольными участками первого контура 105 и параллельно им и заканчивается между выводами 103, 104 первого порта на третьем выводе 114. На противоположной стороне гибкой печатной платы вторая схема 106 дорожки имеет второй проводник 116 ответвления, который проходит аналогичным образом от центра 117 поперечного участка второго контура 109 и заканчивается между выводами 107, 108 второго порта на третьем выводе 118.

Фиг. 18c иллюстрирует топологию 120 в соответствии с третьим вариантом осуществления, которая подобна топологии, показанной на фиг. 18b, но в этом случае соответствующие первый и второй проводники 124, 126 центральных ответвлений проходят в противоположных направлениях к соответствующим выводам 122, 128. Этот вариант выполнения может иметь другие варианты реализаций центральных ответвлений. Например, он может содержать только первый проводник 124 центрального ответвления, или в дополнительной реализации он может содержать только второй проводник 126 центрального ответвления.

Фиг. 18d иллюстрирует топологию 130 в соответствии с четвертым вариантом осуществления, которая подобна топологии, показанной на фиг. 18b, но в этом случае используется криволинейные, а не перпендикулярные угловые участки проводящих контуров. Топология содержит первую и вторую схемы 132, 134 дорожек на противоположных сторонах гибкой печатной платы.

В частности, первая схема 132 дорожки содержит первый порт 131, образованный двумя пространственно отделенными выводами 136, 138 порта, которые проходят через проводники до первого проводящего контура 140, имеющего криволинейные углы. Выражение «контур» в этом случае также означает незамкнутый контур. Первый контур 140 последовательно соединен с соответствующими выводами 136, 138 первого порта 131. Проводник 146 центрального ответвления проходит от центра 144 поперечного участка и заканчивается на третьем выводе 137 между выводами 136, 138 порта.

Вторая схема 134 дорожки содержит второй порт 149, образованный двумя пространственно отделенными выводами 152, 154 порта, которые проходят через проводники до второго проводящего контура 148. Второй контур 48 последовательно соединен с соответствующими выводами 152, 154 второго порта 149. Проводник 146 центрального ответвления проходит от центра 145 поперечного участка и заканчивается на третьем выводе 153 между выводами 152, 154 порта.

Что касается вышеописанных вариантов осуществления, второй контур 148 имеет по существу такую же форму и размеры, как первый контур 140, хотя он имеет противоположную ориентацию, так что первый и второй порты 131, 149 противоположны друг другу на гибкой печатной плате. Первый и второй контуры 140, 148 перекрываются друг с другом так, что продольные и поперечные участки выровнены по обе стороны гибкой печатной платы, в отличие от портов 131, 149.

Фигуры 18e-18g иллюстрируют топологию 330 в соответствии с пятым вариантом осуществления, которая имеет подобные проводники центральных ответвлений, как показано на фиг. 18c, но в этом случае используется часть с радиальной геометрией для проводящих контуров 344, 345. Топология содержит первую и вторую схемы 332, 334 дорожек на противоположных сторонах гибкой печатной платы.

В частности, первая схема 332 дорожки содержит первый порт 331, образованный двумя пространственно отделенными выводами 336, 338 порта, которые проходят через проводники до первого проводящего контура 344, имеющего радиальную геометрию. Выражение «контур» в этом случае также означает незамкнутый контур, например, половину окружности или эллипса. Первый контур 340 последовательно соединен с соответствующими выводами 336, 338 первого порта 331. Проводник 346 центрального ответвления проходит от центра поперечного участка первого контура 344 и заканчивается на третьем выводе 337 в противоположном направлении от выводов 336, 338 порта. Проводник 346 центрального ответвления может представлять собой прямую линию или изогнутую дорожку.

Вторая схема 334 дорожки содержит второй порт 349, образованный двумя пространственно отделенными выводами 352, 354 порта, которые проходят через проводники до второго проводящего контура 345. Второй контур 345 последовательно соединен с соответствующими выводами 352, 354 второго порта 349. Проводник 346 центрального ответвления проходит от центра поперечного участка второго контура 345 и заканчивается на третьем выводе 353 в противоположном направлении от выводов 352, 354 порта.

Что касается вышеописанных вариантов осуществления, второй контур 345 имеет по существу такую же форму и размеры, как первый контур 334, хотя он имеет противоположную ориентацию, так что первый и второй порты 331, 349 противоположны друг другу на гибкой печатной плате. Первый и второй контуры 343, 345 перекрываются друг с другом так, что продольные и поперечные участки выровнены по обе стороны гибкой печатной платы, в отличие от портов 331, 349.

Этот вариант выполнения может иметь другие варианты реализаций центральных ответвлений. Например, он может содержать только первый проводник 324 центрального ответвления, или в дополнительной реализации он может содержать только второй проводник 326 центрального ответвления.

Далее будет описан способ изготовления ITLT с использованием топологий, показанных на фиг. 18. Для удобства в приведенном ниже описании используется топология, показанная на фиг. 18d, однако необходимо понимать, что топологии, показанные на фигурах 18a-18g, могут быть реализованы с использованием аналогичных этапов.

На первом этапе предоставляют плоскую подложку 150 (далее «подложка»). Обратимся к фиг. 19a, подложка 150 в этом примере представляет собой гибкую печатную плату. Подложка 150 в виде гибкой печатной платы в некоторых вариантах осуществления может быть образована из полиимида толщиной приблизительно 50 мкм. Другие примеры включают в себя полиэфирэфиркетон (PEEK) или прозрачную проводящую полиэфирную пленку. В связи с этим в различных вариантах осуществления подложка может иметь разную толщину, например, от 25 до 250 мкм.

Подложка 150 имеет противоположные первую и вторую поверхности 152, 154, на которые нанесены первая и вторая схемы 132, 134 дорожек соответственно.

Обратимся к фиг. 19b, на следующем этапе на первую поверхность 152 подложки наносят первую схему 132 дорожки. Могут быть использованы известные технологии нанесения, включая фотолитографию или подобные способы.

Обратимся к фиг. 19c, далее на вторую поверхность 154 подложки наносят вторую схему 134 дорожки.

Как видно на фиг. 19c, первая и вторая схемы 132, 134 дорожек имеют противоположные конфигурации, показанные на фиг. 18d. Упомянутые схемы 132, 134 дорожек по существу перекрываются друг с другом, и, в частности, проводящие контуры 140, 148 перекрываются друг с другом за исключением участков между портами 131, 149. Пунктирные линии показывают области на обратной поверхности, которые не перекрываются.

Обратимся к фиг. 20, затем в подложке 150 образуют одно или более отверстий, обеспечивающих установку сердечника (не показан), как описано ниже.

В этом примере удаляют продольные наружные краевые участки 160 подложки 150 путем отрезания (например, с использованием механической или лазерной резки), оставляя центральный участок 162, на котором находятся первая и вторая схемы 132, 134 дорожек. Кроме того, вырезают первое и второе отверстия 164 между прямыми и параллельными участками проводящих контуров 140, 148.

Отверстия 164 имеют по существу одинаковые размеры, причем продольный размер l не распространяется на криволинейные угловые участки.

Обратимся к фигурам 21a и 21b, на которых показаны виды в перспективе и в поперечном сечении полученной «мембраны» 170, на которой находятся первая и вторая схемы 132, 134 дорожек (включая порты и контуры).

Необходимо понимать, что такие же или подобные этапы могут быть применены для получения мембран, соответствующих топологиям, показанным на фигурах 18a-18g. Полученная мембрана 170 имеет малый вес и очень тонкое поперечное сечение.

Далее обратимся к фигурам 22 и 23, сердечник 174 соединяют с мембраной 170 для получения ITLT.

Сердечник 174 может быть образован из двух по существу идентичных сегментов 180, 182 сердечника, которые при использовании расположены по обе стороны мембраны 170.

Каждый сегмент 180, 182 сердечника содержит корпус 184, который может иметь в общем прямоугольное поперечное сечение, ширина которого превышает ширину мембраны 170. Длина корпуса 184 по существу равна длине отверстий 164, показанных на фиг. 20. Корпус 184 может иметь по существу плоскую верхнюю поверхность 185.

Противоположная нижняя поверхность 186 может быть по существу плоской и включает в себя множество параллельных продольных каналов 190, образованных между смежными выступающими вниз стенками 188. Фактически, профиль поперечного сечения может иметь гребенчатую форму. Хотя здесь используются каналы 190 прямоугольной формы, в некоторых вариантах осуществления могут быть использованы каналы другой формы, например, дугообразные.

Расстояние между каналами 190 соответствует расстоянию между параллельными проводниками на мембране 170.

Кроме того, внутренние размеры (в этом случае ширина и высота) каждого канала превышают соответствующие размеры проводников, так что последние могут размещаться в канале, не контактируя с сердечником.

Далее обратимся к фигурам 23a и 23b, сегменты 180, 182 сердечника размещают по обе стороны мембраны 170, так что нижние поверхности стенок 188 контактируют друг с другом.

В показанном варианте осуществления две центральные стенки 188 контактируют через отверстия 164 мембраны. Внешние стенки 188’ контактируют по обе стороны от мембраны 170.

Как показано на фиг 23b, два сегмента 180, 183 сердечника соединены симметричным образом по обе стороны мембраны 170.

В других вариантах осуществления сегменты сердечника могут быть несимметричными, например, стенки одного сегмента могут быть длиннее, чем стенки другого сегмента.

Также видно, что мембрана 170 фактически зажата между сегментами 180, 183 сердечника, причем два проводящих контура 140, 148 находятся в каналах 190 и разнесены от стенок канала, так что между ними отсутствует контакт.

Сегменты 180, 183 сердечника могут быть соединены друг с другом с использованием любых известных средств, например, адгезионных или механических систем, таких как клипсы.

Вышеописанные этапы позволяют получить рабочий ITLT, который может быть изготовлен в большом объеме с использованием стандартных процессов для печатных плат. Далее будут описаны дополнительные предпочтительные этапы и конструктивные признаки.

Обратимся к фиг. 24, для обеспечения простого размещения и удаления сегментов 180, 182 сердечника в правильном положении либо вручную, либо с помощью автоматических средств сделана рамка 190.

Рамка 190 образована из относительно жесткого материала, например, из изоляционного материала печатной платы. В рамке выполнен проем или отверстие 192, в этом случае прямоугольной формы. Размеры отверстия 192 соответствуют размерам по меньшей мере нижней поверхности 186 сегментов 180, 182 сердечника.

Обратимся к фиг. 25a, по обе стороны мембраны 170 размещают две такие рамки 190 в противоположных конфигурациях; рамки 190 соединяют друг с другом для образования многослойной конструкции с мембраной в качестве центрального слоя. Отверстие 192 рамки открывает только параллельные проводники на соответствующих сторонах мембраны 170, как показано, представляющие собой части, поверх которых при использовании находятся сегменты 180, 182 сердечника.

Фиг. 25b иллюстрирует один поперечный край полученной конструкции ITLT, на которой нанесены три параллельные проводящие дорожки 194; они соответственно соединяются с выводами одного порта, например, с выводами 152, 153, 154 второго порта 149, показанными на фиг. 18a. Эти дорожки 194 могут быть припаяны к дорожкам монтажной печатной платы 200, смотри фиг. 26a. Это обеспечивает возможность подключения к подходящему компоненту, например, к разъему типа SMA, для передачи данных. Аналогичный набор дорожек (не показан) имеется на противоположном поперечном крае для соответствующего соединения с другим портом 131.

Обратимся к фигурам 26a-26b, на которых показан один из сегментов 180 сердечника, расположенный в отверстии 192 рамки. Таким образом, ни одна часть или лишь небольшая часть сегментов 180, 182 сердечника выступает за рамку 190. Рамка 190 помогает удерживать сегменты 180, 182 сердечника в требуемом положении относительно мембраны 170.

В других вариантах осуществления множество топологий, например, показанных на фигурах 18a-18d, может быть нанесено на одну подложку.

Например, со ссылкой на фигуры 27a и 27b, представлены четыре идентичных варианта схем 132, 134 дорожек, показанных на фиг. 18d, расположенных параллельно друг другу на соответствующих сторонах одной подложки 208.

Другая рамочная конструкция 210 выполнена с разделительными стенками 212 между отверстиями 214, которые открывают соответствующие части подложки подобно тому, как показано на фиг. 25. Размещение сегментов 180, 182 сердечника выполняют с обеих сторон. В этом случае необходимо восемь таких сегментов 180, 182 сердечника.

Полученный модуль 215 ITLT показан на фиг. 28. Модуль 215 ITLT может быть присоединен на одной стороне монтажной печатной платы, и над верхней стороной обеспечена защитная крышка.

Альтернативно четыре схемы 132, 134 дорожек могут быть обеспечены на отдельных подложках, удерживаясь под отверстиями 214, путем соединения рамочных сегментов друг с другом.

Вариант осуществления, показанный на фигурах 27 и 28, удобен в некоторых областях применения, где используется многополосная система передачи данных.

В некоторых вариантах осуществления при изготовлении вариантов осуществления ITLT, показанных на фигурах 18-28, могут быть использованы следующие размеры и другие характеристики. Кроме того, возможны вариации.

Для обеспечения трансформатора с волновым полным сопротивлением 100 Ом линии передачи обеспечивают волновое полное сопротивление 50 Ом для проводящих контуров и 100 Ом для порта или выводов.

Гибкая печатная плата может представлять собой лист из полиимида, толщина которого может составлять 25, 50, 75 и 100 мкм.

Проводники могут иметь медное покрытие толщиной 17,5, 35 и 70 мкм.

Сердечник 74 предпочтительно выполнен из ферритового материала, имеющего проницаемость порядка 10000.

В некоторых вариантах осуществления только часть проводящих контуров ITLT обеспечена на плоской подложке. Чтобы проиллюстрировать это на примере далее будет описан дополнительный вариант осуществления со ссылкой на фигуры 29-32.

Обратимся к фиг. 29, сделана подложка 220, на которую нанесена часть топологии ITLT, показанной на фиг. 18c и кратко упомянутой выше. В других вариантах осуществления может быть использована любая топология, показанная на фиг. 18.

Материалы и размеры подложки 220 могут быть идентичны и подобны описанным выше. В этом варианте осуществления на подложке должны быть смонтированы четыре параллельных ITLT.

Подложка содержит внешнюю рамку 222 с одним или более вырезанными участками 223 для каждого из четырех ITLT. Каждый вырезанный участок 223 может быть по существу прямоугольным. Для простоты объяснения описана схема подложки только для верхнего ITLT.

На первой левой стороне 224 рамки 222 размещена часть топологии, показанной на фиг. 18c.

В частности, смонтирован первый порт 227, который содержит два разнесенных друг от друга вывода 227a, 227b с параллельными дорожками, которые проходят внутрь, а затем расходятся в направлении наружу вдоль симметричных криволинейных траекторий 228a, 228b. Две дорожки 228a, 228b заканчиваются на периметре 229 вырезанного участка 223.

На противоположной правой стороне 230 рамки 222 размещена часть центрального ответвления топологии, показанной на фиг. 18c, включающая в себя участки, обозначенные ссылочными позициями 113, 122, 124 на предыдущей фигуре. На фиг. 29 показан вывод 232 центрального ответвления. В этом случае часть центрального ответвления выполнена на противоположной поверхности подложки 220. В других вариантах осуществления она может быть выполнена на той же поверхности.

На правой стороне 226 смонтирован второй порт 234, включающий в себя два вывода 234a, 234b, и дорожки нанесены аналогично дорожками первого порта 227, описанным выше, но в противоположной ориентации. Центральное ответвление заканчивается на выводе, обозначенном ссылочной позицией 236.

Вышеописанная подложка 220 может быть выполнена с использованием известных технологий.

Обратимся к фигурам 30-32, изготовление каждого ITLT завершают путем размещения в каждом вырезанном участке 223 предварительно изготовленного сердечника 240 бинокулярного типа, имеющего те же признаки, которые описаны ранее.

Сердечник 240 имеет два параллельных отверстия 241; в каждом отверстии проходит пара скрученных проводников 242, 243, изолированных друг от друга внешней оболочкой. Концы проводников 242, 243 выходят на торцевых поверхностях 245 сердечника 240.

Это обеспечивает возможность электрического соединения, например, путем пайки, с каждой соответствующей дорожкой, нанесенной на подложку 220, для завершения общей топологии, например, в этом случае, как показано на фиг. 18c.

Альтернативно в других вариантах осуществления первый и второй проводники могут представлять собой дорожки на печатной плате или гибкой печатной плате на поверхности подложки, и проходящие на ней, или на печатной плате или гибкой печатной плате на дополнительной пространственно отделенной поверхности подложки.

Каждый сердечник 240 выполнен с возможностью относительно плотного размещения в вырезанном участке 223, и это размещение может быть выполнено с использованием автоматизированных технологий. Электрическое соединение проводников 242, 243 с дорожками подложки, например, путем пайки, также может быть автоматизировано.

Процесс может повторяться для каждого из оставшихся ITLT.

Сердечник 240 может быть выполнен в виде цельного элемента или может быть образован из множества сегментов, например, двух или более выровненных сегментов. фиг. 32 иллюстрирует, что каждый сердечник 240 может быть образован из трех выровненных сегментов.

В других вариантах осуществления сердечник 240 или сегменты сердечника могут быть образованы из двух противоположно ориентированных сегментов, например, как показано на фигурах 22 и 23. В других вариантах осуществления сердечник 240 может быть заменен диэлектрической пастой.

Необходимо понимать, что вышеописанные варианты осуществления являются исключительно иллюстративными и не ограничивают объем настоящего изобретения. Другие изменения и модификации станут очевидными специалисту в данной области техники при прочтении настоящей заявки.

Кроме того, необходимо понимать, что раскрытие настоящей заявки включает в себя любые новые признаки или любое новое сочетание признаков, явно или неявно раскрытых в настоящем документе, или любое их обобщение, и что во время рассмотрения настоящей заявки или любой заявки на ее основе могут быть сформулированы новые пункты формулы изобретения, охватывающие любые такие признаки и/или сочетание таких признаков.

1. Разделительный трансформатор для использования в системе передачи данных, содержащий

плоскую подложку, выполненную из электроизоляционного материала, имеющую противоположные первую и вторую поверхности и по существу противоположные края,

первый порт, образованный двумя отдельными выводами, расположенными на первом крае или вблизи него,

второй порт, образованный двумя отдельными выводами, расположенными на втором по существу противоположном крае или вблизи него,

вырезанный участок в подложке между первым и вторым портами,

сердечник, установленный в вырезанном участке, причём сердечник имеет первый и второй концы с первым и вторым каналами, проходящими между концами, и

первый и второй в общем U-образные проводящие тракты, последовательно соединённые с первым и вторым портами соответственно, причём упомянутые тракты электрически изолированы друг от друга, и каждый тракт состоит из

(iv) (i)первой и второй дорожек на поверхности подложки, которые проходят от соответствующих выводов порта к одному концу сердечника,

(v) (ii) пары проводов, которые соединяют первую и вторую дорожки и которые проходят через соответствующие каналы сердечника к другому концу сердечника, и

(vi) (iii) третьей дорожки на поверхности подложки, которая соединяет пару проводов на другом конце сердечника.

2. Разделительный трансформатор по п.1, представляющий собой трансформатор линии передачи, который может иметь волновое полное сопротивление, составляющее по существу половину волнового полного сопротивления на первом и втором портах.

3. Разделительный трансформатор по любому из предыдущих пунктов, в котором сердечник выполнен из ферритового материала.

4. Разделительный трансформатор по любому из предыдущих пунктов, в котором сердечник имеет магнитную проницаемость 10000 μ и больше.

5. Разделительный трансформатор по любому из предыдущих пунктов, обеспечивающий рабочую полосу пропускания выше 2 ГГц.

6. Разделительный трансформатор по любому из предыдущих пунктов, работающий на скоростях передачи данных для одной или более технологий 10G, 40G, 100G и/или 200G или выше.

7. Трансформаторная система, содержащая монтажный элемент, который удерживает множество разделительных трансформаторов по любому из предыдущих пунктов.

8. Трансформаторная система по п. 7, в которой множество разделительных трансформаторов размещено на одной подложке.

9. Трансформаторная система по п. 7 или 8, в которой монтажный элемент содержит рамку, выполненную из относительно жесткого изоляционного материала, установленную на одной или обеих поверхностях подложки.

10. Способ обеспечения изоляции по постоянному току в системе передачи данных, включающий в себя этапы, на которых соединяют разделительный трансформатор по любому из предыдущих пунктов с одним портом, подключенным к компьютеру, компьютерному модему или оборудованию для передачи данных, и другим портом, подключенным к линии передачи, причем система передачи данных выполнена с возможностью передачи и/или приема данных на и/или от дополнительной линии передачи.

11. Способ изготовления разделительного трансформатора, включающий в себя этапы, на которых обеспечивают плоскую подложку, выполненную из электроизоляционного материала, имеющую противоположные первую и вторую поверхности и по существу противоположные края,

размещают на части подложки:

первый порт, образованный двумя отдельными выводами, расположенными на или вблизи первого края;

второй порт, образованный двумя отдельными выводами, расположенными на или вблизи второго противоположного края;

вырез в подложке между первым и вторым портами;

устанавливают сердечник в вырезанном участке, при этом сердечник имеет первый и второй концы с первым и вторым каналами, проходящими между концами; а также обеспечивают первый и второй, по существу, U-образные токопроводящие пути, соединенные последовательно с первым и вторым портами соответственно, причем указанные пути электрически изолированы друг от друга и каждый путь состоит из (i) первой и второй дорожек на поверхности подложки, которые проходят от соответствующих выводов портов к одному концу сердечника, (ii) пары проводов, которые соединяются с первой и второй дорожками и проходят через соответствующие каналы сердечника к другому концу сердечника, и

(iii) третьей дорожки на поверхности подложки, которая соединяет пару проводов на другом конце сердечника.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что разделительный трансформатор дополнительно имеет характеристическое сопротивление, которое по существу составляет половину того, которое представлено на первом и втором портах.

13. Способ по п. 11 или 12, дополнительно обеспечивающий сердечник, образованный из ферритового материала, при этом сердечник имеет проницаемость 10 000 μ или более.

14. Способ по любому из пп. 11-13, дополнительно обеспечивающий рабочую полосу пропускания более 2 ГГц.

15. Способ по любому из пп. 11-14, дополнительно обеспечивающий возможность работы преобразованного с возможностью работы на скоростях передачи данных для одного или нескольких режимов работы из 10G, 40G, 100G и/или 200G или более.