RJ45集成磁性连接器的LCR参数说明及其通用测试指南.doc

标题：RJ45集成磁性连接器LCR参数说明与通用测试指南页 码第 10 页 共 10 页RJ45集成磁性组件连接器的电感、漏感、电容、电阻的参数说明与通用测试程序1. 简介1.1 适用范围本文件适用于RJ45集成磁性组件连接器 (简称ICM) 。例如：单口，单排多口，双层多口，USB/RJ45， POE系列的RJ45电子连接器。1.2 目的本文件描述了ICM 产品的电感、漏感、电容、电阻的特性、定义和通用测试条件及方法，以便设计、生产和检验三方统一思想，消除误解，达成共识，进一步规范LCR测试标准和检验方法。(对于各测试仪器的操作方法，夹治具的连接和使用方法以及产线测试作业方法，请见相应的文件)。2. 网络（LAN）滤波电路的LCR 的物理意义2.1 LCR 测试目的：ICM由于包含滤波器件和其他阻容元件，因此检查ICM产品的开路、短路、滤波特性、阻抗匹配特性和其他性能是保证产品品质的关键， 而电感（OCL）、电阻（RESISTANCE）、电容（CAPACITANCE）的测试是验证这些特性的重点项目。2.2 ICM的电路部分即网络（LAN）滤波器的基本电路组成电阻网络滤波电容变压器共模扼流圈功能介绍：1. 变压器信号传输、阻抗匹配和绝缘保护 （英文名称为Transformer, 或简写为Xfmr）2. 共模扼流圈抑制共模信号 （英文名称为Common Mode Choke, 或简写为CMC）3. 电阻网络阻抗匹配4. 滤波电容滤除噪声5. 高压电容：去藕，高压隔离 典型线路图 典型线路图各器件解释 红框内的为电阻网络，蓝框内的为变压器，绿框内的为扼流圈，紫框内的为滤波电容2.3 变压器的基本原理和特性要求2.3.1变压器的定义及作用：变压器是将电压由低到高或由高到低转化的一种元器件它具有两个或两个以上的电路，以共同的磁路互相耦合，将电能由一电路转化到另一电路2.3.2 变压器的原理：当交流电通过变压器的一个线圈时，线圈产生交变磁场，交变磁场除使自身产生自感电动势外，还可以改变另一线圈的磁场，从而使其产生感应电动势若该线圈与负载相连，则可把感应的电能传至负载在变压器的线圈中，加入交流电的线圈称为初级线圈(Primary winding)，而产生感应电动势的线圈称为次级线圈(Secondary winding)初、次级绕组虽处在同一个磁路里，但不直接连接在一起对于高频变压器磁路通常是空气芯、铁芯、硅钢片或镍钢片2.3.3 理想变压器：所谓理想变压器有以下特征：1).没有漏磁，耦合系数为1，每匝线圈磁通量均相同2).各绕组的电阻均为0，即没有铜阻产生的损耗3).没有铁芯产生的损耗，即忽略铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗4).初级绕组为一个接近于无穷大自感系数的电感线圈，即交流阻抗无限大、故空载时电流可以忽略实际上理想变压器并不存在，但铁芯变压器可以十分接近理想状态下图为变压器的原理图：电压比：V1/V2=N1/N2=匝数比 电流比：I1/I2=V2/V1=N2/N1 V1*I1=V2*I2电抗比：Z1/Z2=(N1/N2)2以上公式中V1、V2分别为初、次级的电压；N1、N2为初、次级线圈的匝数；I1、I2为初、次级的电流，以上电压、电流均为有效值应注意的是实际上初、次级的电压、电流均是交变量2.3.4变压器的特性2.3.4.1 电感 Inductance（L）电感是衡量线圈产生电磁感应能力的物理量，简称电感。给一个线圈通入电流，线圈周围就会产生磁场，线圈就有磁通量通过，通入线圈的电源越大，磁场就越强，通过线圈的磁通量就越大，实验证明通过线圈的磁通量和通入的电流时成正比的，他们的比值叫做自感系数，也叫做电感。电感线圈的特性：“阻高频，通低频”，对直流电的电阻几乎为零。电感与圈数平方成正比，与磁导系数成正比，与磁路截面积成正比，与磁路长度成反比L=N2 uA/l= N2 *Al 1/GAP其中：L为电感，单位为亨利（H）N为圈数A为磁路截面积L为磁路长度AL为电感系数GAP为铁心中柱空气隙厚度1H=103mH=106uH2.3.4.2 漏电感 Leakage Inductance（Lk）漏电感是指初级绕组所产生的磁力线未耦合到次级绕组的泄漏，减少泄漏磁力线则可以达到降低Lk的目的2.3.4.3离散电容 Interwinding Capacitance（Cw）离散电容存在于两导体表面过度接近时所产生的电容，例如绕线间距过小时，则会产生电容效应，称为离散电容。增加绕线间有效距离则可以达到降低Cw的目的 2.3.4.4 直流电阻DCR DCR：指直流测试条件下所呈现出的电阻，即元件固有的，静态的电阻。比如：绕组、排阻的阻值；绕组的DCR取决于导线的材质、线径、长度及温度的影响 2.3.4.5圈数比Turn Radio (TR) 圈数比是输入输出绕组之间的圈数之比用仪器测试时，在参照绕组加上一定频率、电压的信号，在被测绕组上读出其电压，所得电压比可表示圈数比 圈数比大小与输入、输出端具体圈数有关，另外铁芯的材质、GAP不同和扁平电缆状况均对测试有影响2.4 共模扼流线圈（CMC）的说明：差模信号介紹扼流圈的功能2.4.1 共模扼流线圈是仅对共模电流作用的静噪滤波器： 共模扼流线圈是利用共模和差模的传导方式区分噪声和信号的静噪滤波器。一句话概括，即为仅作用于共模的滤波器。下图为共模扼流线圈的原理图。共模扼流线圈是将2根导线缠绕在一个磁芯上（高频使用时是铁氧体磁芯）。如此就有4个接头。两个缠绕方向互为反向。当共模电流通过这种线圈时，各线圈因电磁诱导现象产生磁通量，但因产生的磁通量方向相同，从而彼此增强，电感性能得以提高。而当线圈中通过差模电流时，因产生的磁通量方向相反，磁通量相互抵消。由此电感对差模电流的作用消失。如此，形成在共模扼流线圈中电感对差模没有作用，仅对共模作用的滤波器。2.4.2 共模扼流线圈的优点：共模扼流线圈有2个优点。即使信号和噪声的频率重合，只要传导方式不同，就能清除噪声。即使通过差模大电流，也不会出现磁芯饱和从而导致性能下降。 共模扼流线圈最大的特点就是不用借助频率就能分离噪声和信号。最近高速差动传递作为电子设备信号传递方法使用的情况不断增加。USB、SATA、HDMI是高速差动传递的代表。高速差动传输线中的信号频率很高，故而无法像铁氧体磁珠那样，利用频率区分噪音和信号的滤波器无法将之适当分离。若是重视对信号的影响，就无法清除噪声；若是重视清除噪声，则一部分信号也会衰减，影响信号的质量。共模扼流线圈是根据传递方式分离信号和干扰，因此即使通过高速信号，只要是差模，就不会造成影响。高速差动传输线中的信号只有原则差模，此处构成干扰的主要是共模，因此通过使用共模扼流线圈，可在不影响高速信号的情况下有效消除共模干扰。高速差动传输线中消除干扰的比较 因输入电源的工业电源线或AC接合器的次侧接电缆，此电缆有时会成为干扰发射天线，造成问题。若在此使用铁氧体磁珠或正常模扼流线圈等差模用电感型滤波器，则通过此处的大电流会使磁芯磁性饱和，电感性能将大幅下降。此时，共模扼流线圈就起到作用。在共模扼流线圈中，差模电流产生的磁通量彼此抵消，不会发生磁性饱和。因此共模扼流线圈在大电流电源线的噪声对策中也得到广泛运用。2.4.3 共模扼流线圈的注意点： 到此为止的说明都是针对共模扼流线圈不会影响差模方式而言的，但其实这是共模扼流线圈的理想情况。实际上，线圈间产生的磁通量会有一部分残留下来，成为一部分电阻。虽然这种差模电阻十分微弱，但在信号频率很高时，有必要考虑这种影响。下图为实际的片状共模扼流线圈电阻曲线由图可知差模电阻在1GHz左右时升高。最近，低压差模电阻的片状共模扼流线圈也正被逐渐产品化，在处理Display Port和USB3.0等频率很高的信号时，相应片状共模扼流线圈的选择是很重要的。共模扼流线圈电阻特性2.5 电阻使用说明：ICM里面的电阻分为：线圈的电阻和单个电阻器的电阻两种线圈的电阻：线圈的电阻和线圈绕线的线径粗细有关，线径越细电阻越大，线径越粗电阻越小。电阻器的电阻：电阻为线性原件，即电阻两端电压与流过电阻的电流成正比，通过这段导体的电流强度与这段导体的电阻成反比。即欧姆定律：I=U/R。电阻的作用为分流、限流、分压、偏置、滤波（与电容器组合使用）和阻抗匹配等。我们现有的产品电路中一般使用的是75电阻 电阻器的常见单位:千欧姆（K）, 兆欧姆（M），欧（）电阻的单位换算: 1兆欧=103千欧=106欧测量：设定测量仪器的电阻测试条件和参数以后，用测量仪器的两个表笔或测量探头分别和电阻器的两端相接接触不动,观察仪器（或仪表）屏幕显示的数值，就是该电阻元件的阻值，读取显示屏幕的数值和元件实际的标称数值有一点点偏差范围，.这和测量仪器、测量方法有关，是正常现象，如与元件实际偏差太大，说明元件不良或测量失效。在测线圈电阻时，还要根据是半成品还是成品来选择不同的夹具（比如带短线的水晶头）来测试对应的脚位。2.6 电容使用说明：电容（Capacitance）电容也称作“电容量”，是指在给定电位差下的电荷储藏量，记为“C”,国际单位是法拉（F），一般来说，电荷在电场中会受力而移动，当导体之间有了介质，则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上，造成电荷的累积储存，储存的电荷量则称为电容。以下电路图为电容的常见分布位置及作用： 作用：滤波作用：隔直通交作用：退耦，高压隔离作用：滤波电容器的特性:电容器容量的大小就是表示能贮存电能的大小，电容对交流信号的阻碍作用称为容抗，它与交流信号的频率和电容量有关。电容的特性主要是隔直流通交流,通低频阻高频；电容的作用:隔直流通交流,旁路,耦合,滤波,补偿,充放电,储能等；电容器常见的单位: 毫法（mF）、微法（uF）、纳法（nF）、皮法（pF）电容器的单位换算: 1法拉=103毫法=106微法=109纳法=1012皮法; ;1pf=10-3nf=10-6uf=10-9mf=10-12f;测量：设定测量仪器的电容测试条件和参数以后，电容的测量方法与电阻测量相同，3. 测试程序在测试各个项目前需要对仪器进行开路短路校机。本文主要以Agilent E4980A 20Hz2MHz Precision LCR Meter测试仪器来举例说明，其它规格的测试仪器只要可以满足相同测试条件的也可以使用。（具体方法请详见相关仪器的操作指南文件）3.1 OCL（电感测试）一般行业里面电感的最小值要不小于350 uH或400 uH，但特殊情况下可根据客户要求来定。 仪器：Agilent E4980A 20Hz2MHz Precision LCR Meter 测试条件：频率：100kHZ ，电压：100mV ，偏置电流：8mA 测试之前先校准仪器（开路测试和短路测试） 3.2 LK（漏感测试）测试漏感选择LS方式，一般来讲LL较小，Q低，LS方式更精确。漏感，理论上讲，小于1毫亨用LS方式测，大于1毫亨用LP方式测。但一般公司是用LS。一般行业里面漏感的最大值要不大于5.0 uH，但特殊情况下可根据客户要求来定。仪器：Agilent E4980A 20Hz2MHz Precision LCR Meter测试条件：测试条件：频率：100kHZ ，电压：100mV测试之前先校准仪器（开路测试和短路测试）3.3 Capacitance （电容测试） 仪器：Agilent E4980A 20Hz2MHz Precision LCR Meter测试条件:就NPO电容器而言，标称容量1000pF：测试频率：1.0MHz，电压：1.00+/-0.2Vrms标称容量1000pF：测试频率：1.0kHz，电压：1.00+/-0.2Vrms对X7R或其它电容器而言，不管电容为何值，测试条件是: 测试频率：1.0kHz，电压：1.00+/-0.2Vrms测试之前，先校准仪器（开路测试） 3.4 Resistance （电阻测试）仪器：TOS8010 m Hi tester 测试方法：1）选择测试范围。2）校准仪器 短接测试端子，然后按SHIFT键，再0ADJ键。 3）串接测试端子到被测量金属，然后直接读出测量值。 4）这里电阻测试一般是指：线圈的电阻和排阻的电阻两个部分。4备注.电感、电容、电阻的具体测试条件请参考相应