1引言
今天，高速因特网深入企业和家庭，已成为信息时代重要特征。在实用的信息高速公路中，数字用户线（XDSL）已成为当今主流宽带接入技术。而在这里，各种电感铁氧体元件是必不可少的，例如：宽带或脉冲变压器，滤波电感器，共模扼流圈等。改进电感元件特性，开发新的铁氧体材料和磁心，已成为目前电感铁氧体元件的重要发展方向之一。
2数字用户线（XDSL）对电感元件的要求
利用语音传输的电话线来传输图象、音乐、数据或文件，已成为信息通讯的普遍要求。过去十年，传输系统大量地由数字技术代替模拟技术。在1996年，模拟调制解调器（analog modem）在带宽4kHz时达到最大传输速率56.6kbit/s；然后，综合业务数字网络（ISDN）曾经以64~128kbit/s的传输速度，在非语音服务方向吸引了广大公众。今天，爆发性的数据传输量要求更高的传输速度。新的因特网应用，如视象会议、家庭购物、通信及下载网页等明显地要求更高速。数字用户线技术利用普遍的固定-网络电话的铜电缆，允许更高速地传输图象、语音、数据和文件。XDSL有多种变种，例如HDSL、SDSL、ADSL和VDSL（见表1）。其中非对称数字用户线（ADSL）是最重要的代表。据报道，2003年中国宽带用户线已突破1000万，其中ADSL用户达600多万，所以ADSL已成为最主流、最现实有效的宽带接入方式，ADSL的上行速度最大为1Mbit/s，下行速度最大为8Mbit/s，传输距离最大可达5Km。具有更高数据传输速度的VDSL，虽然有上行速度6Mbit/s，下行速度55Mbit/s的更高速，但传输距离短（小于1Km），目前尚未广泛采用。最近，国际电联发布了ADSL2和ADSL2+标准，分别把ADSL系统的下行速度提高到16Mbit/s和24Mbit/s，足以支持视频广播服务。
数字用户线应用的电感铁氧体元件，主要有线路（接口）变压器、分离器和共模扼流圈。图1示出DSL系统设备布置图。在电信局到用户计算机的调制解调器（modem）中，线路（接口）变压器主要完成阻抗匹配和安全隔离等功能，要求变压器在宽频带传输损耗低，为保证传输距离，避免数据误差，还要求总的谐波失真（THD）小。此外，要求小型化及适合表面贴装。分离器实质上是一个高通/低通滤波器，实现声音频带（低频）和数据频带（高频）之间的分离，不仅抑制了两个频带中的噪声，而且在使用数据传送情况下，保持电话的传送。
在高频数据传输过程中，电缆线如天线一样发射噪声。同时，当采用双绞线而往复信号不对等时，会产生所谓失真的波形畸变；信号波形对称性变坏而引起传送误差，导致共模噪声。因此，在高速数字接口上共模滤波器成为必不可少的。图2和图3是高速信号线接口中使用的SMD共模扼流圈外形结构和阻抗频率曲线。图2是一种绕线型结构，尺寸型号为2012型（2.0×1.2mm）；图3是一种薄膜型结构，尺寸型号为2010型（2.0×1.0mm）。由于在100MHz具有高的共模阻抗，可抑制信号中共模噪声，而不影响高速差动信号的传送。
3线路（接口）变压器
数字用户线（XDSL）中使用的线路（接口）变压器，是一种宽带变压器，要求在尽可能宽频带范围无畸变地传输信号。根据使用情况有各种不同技术规范要求，如使用在用户端（C.P.E）或电信局端（C.O），以及不同芯片要求不同规格的线路变压器。常规的技术要求有初级电感、漏感、电阻、匝比、插入损耗（IL）、总谐波畸变（THD）、以及介质耐压等。图4是一种典型的线路（接口）变压器外形结构及THD-频率特性。作为宽带变压器来说，最重要的特性是插入损耗（IL）和总谐波畸变（THD）。关于变压器插入损耗（IL），定义为通过变压器传输后的负载电压和信号源电压之对数比。插入损耗应考虑变压器应用的整个频率范围。图5是宽带变压器插入损耗的传输特性示意图。可区分为低频带、中频带和高频带。图6是宽带变压器的简化等效电路图。图中ES是信号源电压，RS是信号源内阻，RW和LS代表绕组电阻和漏感。C1和C2代表初级和次级分布电容，LP和RP是初级电感和磁心的并联损耗电阻，Rb是负载电阻折算到初级边的电阻。
在低频区域，寄生参数RW、LS、C1和C2，以及磁心损耗RP不起很大作用，主要与初级电抗XL有关，可近似表示为：
                                 (1)
式中，      
            ω=2πf1             (f1是低频点)
在中频区域，线圈电阻RW起支配作用，可近似表示为：
                         (2)
在高频区域，传输特性主要受漏感和分布电容影响。对低阻抗电路，主要受漏感影响：
                   (3)
对高阻抗电路，主要受分布电容影响：
IL=10lg[1+(WCR)2]                  dB                      (4)
从以上三个频率区域插入损耗特性分析可见，要求变压器有最大的初级电感LP，同时尽可能降低绕组电阻RW，初级和次级绕组应有良好耦合，尽量减小漏感LS 和分布电容。
关于总谐波畸变THD，来源于变压器中铁氧体磁心的磁通密度B和磁场H存在的非线性关系，导致感应出的电压（正比于磁通密度B）不是纯的正弦波，而产生一定的畸变。通常，THD定义为奇数倍频电压幅度总和与基频幅度比值的对数：

实际上，起主要支配作用是三次谐波，因此可近似表示为：
                                         (5)
畸变信号将导致数据信号中的信息误差，而且限制了信号传输距离。THD主要与铁氧体材料磁滞损耗和磁心形状有关，而变压器绕组设计也有一定影响。最近发现，组合磁心附加气隙可减小THD，因此有的将THD/μa表示为真实的材料特性参数（μa是铁氧体材料的振幅磁导率），被称为THD因子。实验证明，THD/μa是磁通密度B、频率f和温度T的函数。通常THD因子随工作磁通密度B增大而增大（见图7），而温度变化时，THD/μa值在某一温度呈现最小（见图8）。THD与频率关系可见图4。
4线路（接口）变压器用铁氧体材料和磁心
为适应宽带接入技术迅速发展，世界各顶级铁氧体厂商均着力于开发新的铁氧体材料和磁心形状，以满足线路变压器对磁心的特殊要求。关于线路变压器用铁氧体材料，根据上述分析，主要归纳为以下要求：
a.在低频段呈现高的初始磁导率μi（或高的有效磁导率μe）以及在中频段有低的磁心损耗。
b.铁氧体材料有尽可能小的磁滞损耗系数ηB。
在实际的ADSL调制解调器中，线路变压器的工作频率范围为20kHz到1.1MHz。为达到低频段（20kHz）呈现高的初级磁导率μi，采用高磁导率MnZn系铁氧体材料是适宜的。德国Epcos公司早年采用T38材料（μi=10000），2002年新开发成功T66材料，具有更高的初始磁导率（μi=13000），以及小的磁滞损耗系数ηB(见表2)。由于在单一频率下测试THD不能全面描述变压器工作特性，直接测量传输距离是必要的。图9示出采用新铁氧体材料T66制成的变压器（用EPB磁心），在ADSL下行传输时比T38材料有更大的传输距离。
日本TDK公司专门用于XDSL Moden变压器的低THD材料，主要有DN40和DN70材料，在宽温（0~85℃）和宽频（≥5kHz）范围有低的THD。表2示出DN70材料有更低的ηB，结果在宽温范围有比DN40更好的THD特性（见图10）。
荷兰Ferroxcube公司新开发3E55材料（μi=10000），由于比3E6材料有更低的ηB，结果在磁通密度20mT以下，以及宽温范围有更低的THD（见图7、图8）。
关于磁心形状对线路变压器传输特性的影响。从展宽频带和降低插入损耗考虑，应选取具有尽可能小的lwC1 （lw-平均匝长，C1-磁心因数）的磁心。因为C1=，因此具有大的截面积和短的磁路长度，以及中心柱呈园形的磁心更适宜于制作线路变压器磁心。磁心形状对总谐波畸变系数THD也有大的影响。真实电路条件下，电压的三次谐波失真K3C可表示为：
K3C∝ηB·CDF·DTC                      (6)
式中，ηB=材料磁滞系数；
 CDF=磁心畸变因数；
 DTC=变压器畸变系数；
其中，DTC主要与绕组和电路阻抗有关，而CDF则主要与磁心形状有关，并表示为：
CDF≈SDF·                              (7)
式中，SDF-磁心形状畸变因数
                                   (8)
根据（8）式可计算得到各种磁心形状的SDF值，并列出于表3。从表3可见，EP型磁心有最小的SDF值，因此最适宜制作宽带变压器磁心。
最近，一些铁氧体公司又设计了新形状磁心，如EPX型和EPO型磁心。图11示出EPX磁心与标准的EP型磁心外形比较，看到EPX型磁心中心柱面积增大，结果在相同磁路长度le条件下，增大了磁心截面积Ae，减小了磁心因数C1值，在同样的THD性能条件下有更小的体积。表4示出新形状的EP×7/9，EP×10与标准形状EP7，EP10磁心尺寸有效参数比较。新形状的EPX型磁心减小了CDF，因而比同样按总面积的EP型磁心大减小了THD，实质上增大了传输距离。图12示出EP×7/9磁心比EP7磁心，在同样数据传输速度下增加了传输距离。EPX型磁心对电信局端设备是理想的，因为提高了用户线接口卡上线密度。而EPO型磁心是一种低矮型磁心，适用于低高度的用户端设备。
5分离器及铁氧体磁心
非对称数字用户线（ADSL）在电信局和用户前端设备多数要使用分离器（见图1）。分离器由低通滤波器和高通滤波器组成。低通滤波器元件语音信号通过，传输到用户电话机，分离出的高频数据信号进入调制解调器（Modem），见图13。而图14是典型产品的频响曲线。在1~4kHz频率插入损耗≤1.5dB，在f=30kHz~1.1MHz范围衰减大于-65dB。分离器通常包含多个电感线圈，要求低频下有大的电感值和尽可能小的欧姆电阻；有的分离器要通过100~200mA偏置直流。因此，对铁氧体材料要求不但在低频下有高磁导率，有低的畸变和高的Q值，而且要求有高的饱和磁通BS，以避免在直流偏置情况下电感值的下降，以及频响的移位。
德国Epcos公司早期采用低损耗的N48材料，或者高磁导率、高BS的N41材料，新开发的N45材料组合了低损耗材料和功率铁氧体材料两个方面特性；在低的相对损耗因数tgδ/μi和小的材料磁滞常数ηB方面优于N48材料，在高μi和高BS方面优于N41材料（见表5）。
具有不同气隙，并在交、直流叠加条件下的可逆磁导率μrev随直流偏磁场HDC的变化曲线示于图15，并符合下列关系式：
μrev=10r·（HDC）K                                          (9)
对N45材料，r=5.3 ，  K=-0.955
图15示出三种铁氧体材料（N48、N41和N45）的包封曲线比较可知，具有高μi高BS的N45材料，在相同的HDC偏磁下有更高的可逆磁导率μrev，因此在同样电感值L条件下可允许更少的匝数。即具有更小的直流电阻Rdc。图16示出用三种不同材料制成的RM6磁心，在偏磁电流为100mA时，最大允许电感值L与最小直流