宽带脉冲变压器的参数、特性及应用
                     The parameter， character and applications of wide-band pulse transformers


1前言
    宽带变压器广泛用于通信、网络、宽带接入等系统，如数字数据系统（DDS）、T1/E1、综合业务数字网（ISDN）、非对称式数据传输线路（ADSL）、高速数字传输线（HDSL）、甚高速数字用户环路（VDSL）等；开关电源，如各种信号传输中继站电源、电子设备电源；无线电通信领域，如分配器、机顶盒。宽带脉冲变压器主要起信号分配、滤波、阻抗匹配、隔直流、极性转换等作用[1]。随着数字和数据通信技术的发展，数字网络和数据通信的会聚，LAN互相连接所积累的通信量的增长，作为通信、网络接口、数据接入用器件，宽带脉冲变压器对数字信号的传输起极其重要的作用，对其性能要求也越来越高。
    宽带数字脉冲变压器的工作特性相当于带通滤波器，工作的低频端由变压器的开路电感决定，高频端的影响因素为漏电感、电容及直流电阻等参数。
    本文重点介绍作者研究和设计过的宽带脉冲变压器在各种工作电路中的基本实际要求和电性参数。

2宽带脉冲变压器的参数及特性
2.1 DDS变压器
    DDS用于广域通信的网络数据通讯专用线路服务项目，其数据速率范围介于2.4～56kbps。美国以外的国家所采用的速率通常为64或128kbps或更高。DDS在北美比较普及，且大部分采用56kbps的全双工模式，主要用于金融系统的专用数据传输、独立集团的广域网络或提供全时网络通路，也可用于遥测技术、ATM自动服务系统。此种通信系统的宽带变压器的工作频率为0.1～112kHz，由于变压器的电感由传输速率的最低值决定，所以能工作在全速率的变压器，其电感应大于200mH，如果仅56kbps或更高的传输速率则电感大于40mH、漏电感小于45μH。此种通信方式，传输线的阻抗为135Ω，在高频端时阻抗变为100Ω。根据实际插入损耗的要求，变压器直流电阻的典型值为10～25Ω。DDS变压器一般采用高磁导率材料，频率响应由BELLCORE标准规定，0.1～112kHz范围内为±0.1dB[2]。
2.2 T1变压器
    T1用于在25μs的时间帧内，分为24个时隙，每个时隙供一路数字话音信号的传输，总的传输速率为1.544Mbps，变压器的工作频带为50kHz～2MHz。变压器传输线端的电感大约为0.6mH，初级漏电感小于几μH，变压器传输线端绕组有抽头，用来传输160mA的直流，为再生器提供能量。此种情况下由于变压器绕组电阻的非平衡性，要求变压器磁心可叠加0.5mA直流，极间电容大约30pF。传输线路阻抗为100Ω，变压器传输线端绕组的直流电阻应小于5Ω，典型值为0.5～2Ω。匝比（一般为升压到传输线端）最常用的为1：2，1：1.41，1：1[3]。
2.3 E1变压器
    E1分为32个时隙的64kbps，总的传输速率为2.048Mbps，T1/E1变压器基本可以交互作用。但是一些E1设备需要严格的反射损耗，因此要求更高的开路电感值，传输线形式有75Ω的同轴线、120Ω的双绞线。
2.4 ISDN变压器
    ISDN可在一根普通电话线上提供语音、数据、图像等综合业务，是一种先进的网络技术。ISDN最低的传输速度是64kbps，最高到128kbps。当前使用的有两种形式的ISDN：基本速率接口（BRI）和主要速率接口（PRI）。BRI采用从电话公司的中心局出发两线144kbps的全双工连接，它也称2B+D，由两条64kbps的B信道（DSO）和用作信令和控制的一路16kbps的D信通组成。在四条线上传送T1服务。它也称23B+D，或30B+D。由23个或30个64kbps的DSO信道和一个用于公共信令和控制的DSO信道组成，带宽分别为1.536Mbps和1.984Mbps。
    ISDN采用2B1Q编码方式，有U接口和S接口两种形式的变压器。对于U接口变压器，工作频带为2～200kHz，在整个带通范围内要求插入损耗小于-0.5dB；此外变压器要求有较低的信号失真，变压器绕组的直流电阻的典型值为5～20Ω，漏电感的典型值为15～50μH，变压器的匝比主要由IC生产厂商决定。S接口变压器线路端电感要求大于22mH；此种变压器要求耦合性较高，漏电感的典型值小于8μH；变压器匝比主要由IC生产商决定，现在比较通用的匝比为1：2，1：2.5；线路端绕组直流电阻的典型值为5～7Ω。分布电容对于S接口变压器来说至关重要，其值由传输线路的阻抗最小值来决定。
2.5 HDSL变压器
    HDSL传输模式根据实际需要有不同的传输速率，HDSL不需要再生器，逐渐取代T1/E1，通常的传输速率有160、288、360、400、528、576、784、1168、1544、2048kbps，采用两位一个电压值（2B1Q）编码方式[4]。此种变压器的传输速率要求主要由IC生产厂商决定，目前主要采用784kbps、1168kbps两种速率模式，HDSL变压器对电感的偏差要求为±5%，±10%，变压器传输线端绕组有抽头，且要求能叠加160mA的直流，因此主要采用RM、EP等形状的磁心，以满足电感和叠加直流特性的要求。对784kbps、1168kbps两种模式，其漏电感的典型值分别小于20μH和11μH。传输波形失真对HDSL非常关键，因此总谐波失真（THD）在40kHz、+14dbm的典型值为-70dB；绕组的直流电阻的典型值为0.21～1Ω。
2.6 ADSL变压器
    ADSL常采用离散多音频线路码，其上传速率为0.16～1Mbps，下传速率为1.5kbps～8Mbps，全双工模式。对变压器来说其上行信号的带宽为26～138kHz，下行有两种频带方式：26kHz～1.104MHz或138kHz～1.104MHz[5]。变压器线路端的电感量为几百μH～几mH，ADSL变压器不需要叠加直流，但是电感偏差要控制在±5%、±10%之间，因此采用有气隙的RM、EP等形状的磁心。变压器漏电感与线路端电感成正比，一般从几μH到几十μH。ADSL采用回波对消技术，要求变压器失真度低，总谐波失真（THD）对中心局端变压器典型值为-85dB，对用户端典型值为-80dB。

3总结
    脉冲变压器主要用在低功耗、小信号的电路中，对其要求是转换效率高、失真度低、体积小。为达到这些要求，脉冲变压器通常采用高磁导率磁心材料，为满足直流叠加特性，通常采用有气隙的RM、EP等形状的磁心。宽带脉冲变压器在通信、网络中的应用日益显著，为脉冲变压器带来了新的商机。

参考文献
[1]Nathan C.Transformers for electronic circuits[M].Mcgraw-hill book company，ISBN 0-07-024979-2.
[2]Dull W，Kusko A，Knutrud T，Pulse and trigger transformers-performance dictates their spec[J].EDN，August 20，1976.
[3]How to design a transformer with fractiona turns[A].Unitrode Seminar Manual Sem500 1987.
[4]朱应光.新一代宽带接入网技术——多业务接入传送平台[J].电信快报，2000(9):18～22.
[5]蒋传纪，等.home PNA通信技术和应用[J].电信快讯，2000(4):20～22.
（转载自《磁性材料及器件》2003年第2期）