（材料物理与化学专业论文）数字脉冲变压器的设计及应用.pdf

电子辩技太学硕士学位论文 术语表 2 8 1 q 嚣令二邋到、一令四逮到酌慧净摄堰弱割。瘸予赞送每令蟹号含2 铰熬一 释一维调毒方法。2 8 1 q 楚4 耱邀平p a m ( 脉冲诵籁) 系统，震予h d s l 、s - h d s l 及i s d n b r i 。 d m t * d i s c r e t em u l t i t o n e 在d m t 中，大量的低速率载波频率是以低速露的q a m 调制来传送一个高 速辜静数据滚。d m t 是焉予a d s l ，己经提是采蠲予v d s l 。 q a m 正交振幅调制。这是一种二维调制，用于a d s l 、有线调制解调器，经处理 后用于v d s l 。c a p 是q a m 的一个特例。在q a m 中，把一个载波频率调制成 正弦分量和余弦分量。 售遥 通信路经。在某些情况下，可以把许多信道以多路复用的方法在根电缆 上传送。这个名词也用于表示大型计算机与外围设备之间的具体通信路径。 以太网( e t h e r n e t ) 由x e r o s 公司发明荠与x e r o s 、i n t e l 以及数字设备公司联合开发静一嵇基带 l a n 簌菠。黻太露工终在1 0m b p s ，楚爰c a m a c d 在竭辘毫缆上运俸。关予 以太网，i e e e 己经提出一系列的标准，称作f e e e8 0 2 3 。 i s d n 综合服务数字网络，一种c c i t t 网络标准。它提供端对端、同时处理在同 一链路上溅邋兹数字纯静声者鞠数攥。 d s l 数字用户线路，是i s d nb r i 信道的别名。工作在基本速率接口( 有两个 6 4 k b p s 的电路交换信道，一个1 6 k b p s 分组交换倍邋) ，d s l 可以同时沿同一个 方向传送声音j 和数据信号。茹用于呼叫信息及客户数据的发信数据。 t l 数字式传输设施。它的工作频带为1 5 4 4 m b p s 。也称作d i g i t a ls i g n a ll e v e l i ( d 1 ) 标猴。在很多情况下，它由2 4 个d s - 0 信遒组成。t l 数字传输系统是北美 主要的数字通信系统。 v 电予科技大学硕士学位论文 e l 用于在电话阕上传送数据的数字设备中使用的一个名词，传送数据的速率 为2 ，0 4 6m b p p s 。相当于欧洲的t 1 。 t 3 带窕为4 5 m b p s 静数字传浚设施。在穰多情凌下它包含2 8 令d s 1 镶遣。 t t d s l 高速率数字用户线路，是在没有调理的铜电缆上达到t 1 e 1 速度的一种经 济有效的方法，其中不需要中继器。 s - t t d s l 一对使耀h d s l 技术的传瓣线路，通常是2 8 1 q 。 a d s l 异步数字用户线路，传送数据的一种新的方法，在铜质电话线上沿一个方 向传送的速度离达7m b p s ，丽淤襁反方囱豹传送速度为6 4 0 k b p s 。 r a d s l 速率邋碰数字用户线路，鼹a d s l 的一静简单的扩展，把很多种取决于线 路传送能力的数据速率都包括戴中。r a d s l 可以嫩c a p 或d m t a d s l 。 v d s l 位速率缀麓酌蠲户线路 v o b s l 在数字用户线路上传送声裔 不对称传输 在每个方向以不同速度进行数据传输，下行的传输遮魔璃子上行传输速度。 矗t 掰 这是一项圈i 出现的关键技术，它使用长度固定静数据包或者数据元以便在 局域网或者广域网上交换声音、数据以及视频信号。 b 信道( bc h a n n e l ) 一一在i s d n 中，发送数据的全双工6 4k b p s 信邀。 d 信道( dc h a n n d ) 速度为1 6k b p s ( 基本速度) 或者6 4k b p s ( 圭臻遴度) 熬全取速i s d n 售道。 带宽 指的是传输系统能够相应的信号的最高频率，通信线路传送数据、声音或 视频信号流通量的能力。带宽的衡量单位是h z 。 v l 电予科技大学硕士学位论文 基带 这是一种发送方案，其中一个媒介( 例如同轴电缆) 的整个频带，或者携 带数据的熊力是在多个用户之间用于携带一个数字脉冲，或者一个信号。因为 数字信号否楚调铡了豹，一次只钱发送一耪数据。与繁宽终一令毙较。 误码率( b e r ) 接收到的码中，错码所占的比率。 c a b l em o d e m 有线调制解调器 针对t v 阊轴电缆电路而设计的调制解调器。 e a 无裁波振幅相位调瓤。用予a d s l 的二维线路编码。 c o 电话总局，中心局 本地的电话公司总局，它涟接到主系统进行用户线路的电路交换。 c p e 电话公霹捷供、装在客户撬珙的场所、连接溺电话公司的辩绣上豹终端设 备，例如终端、电话、路由器及调制解调嚣 p o t s 普通老式电话业务 枣话，枣襄，牵撬 这个名词是指，在同一束的诲多对导线中，强每对线路分爨传送信号时出 现的静电。尤其是在重复进行t 1 e 1 传送时出现的静电。 信噪比( s i n l 规定静输出信号电平与输入端短路后的输出噪声电平的比值。用电压则表 示受：s i n = 2 0 i o g ( 售号戆赛惫蔗，臻声输出电莲) d b 。 d b m d b m = l o l o g ( 岳) 圪。袭示负载的输出功率。 l f iy v v l i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的硬究工 佟及取得的研究成巢。据我所知，除了变中特翔如数标注鞠致谢嚣遗 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获褥电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一网工作的霾悫瓣零磅究搿徽戆强侮贡献均基在论文中终了饔 确的说明并表示谢意。 签名：立交蓬耻 爨籁：知峰年冀楚江露 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者究企了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阕秘借阅。本人授权魄予科技大学可以将学位论文 酶全部蕺部分蠹容编入有关数据库进稽检索，霹班采用影印、缩印或 扫描簿复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：茧捶i 金 导师签名：i 益生丕：丛。 日；1 1 ：2 口d 争年三月占日 电子科技大学硕士学位论文 摘要 蓬勃发展、曰新月异的i t 行业引导着宽带网络的普及。通讯及宽带网络用 宽带脉冲变压器也担当起“重任”，成为宽带网络产品的核心元件之。宽带网 络变压器产品种类繁多，性能要求严格，产品结构向超薄型、小型化、模块化 发展。随着变压器中所传输信号功率的减弱，工作带宽的加宽，原始的变压器 设计思想已经不能完全适用于数字脉冲变压器，因此我们必须重新认识宽带脉 冲变压器。 本文首先根据通信信道理论的思想，提出了一种新的变压器参数等效电路 来分析变压器的插入损耗特性变压器插入损耗信道模型，得到了变压器插 入损耗的计算公式。由变压器的电感、电阻、电容等参数，模拟出信道模型插 入损耗曲线，结果看出对于单个测试样品的情况理论曲线与实验结果完全吻合， 而对于背对背的测试方式在低频端存在一定的偏差。通过进一步的分析，得到 不同测试方式下，变压器的插入损耗公式。然后深入分析变压器的电感、电阻、 电容等参数对插入损耗特性的影响。具体讨论了变压器在不同频段的特性。最 后设计、制作和测试了通讯a d s l 变压器。 本文的贡献就是在充分研究国内外技术的基础上，提出了变压器插入损耗 信道模型理论。为今后研究和测试相关产品提供了实验支持和理论指导。 【关键词】：宽带变压器，参数，性能，插入损耗。 电予张技大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ew i d e b a n dn e t w o r k sa r eg e t t i n gm o r ea n dm o r ef l o u r i s hi nt o d a y si tf i e l d 。 e s p e c i a l l y , t h et r a n s f o r m e r st h a ta r eu s e di nt e l e c o ma n dw i d e b a n dn e t w o r k sa c ta sa n i m p o r t a n tp a r ta n db e c o m eap i t ho fp a r t s w i d e b a n dt r a n s f o r m e r sh a v em a n y c a t e g o r i e sa n dn e e dh a v er i g o r o u sp e r f o r m a n c e ，t h et e n d e n c yo ft h ep r o d u c t s d e v e l o p m e n ti su l t r a - t h i n ，m i n i a t u r i z a t i o na n di n t e g r a t i o n ，w i t ht h ed e c r e a s i n gp o w e r a n dh i g h e rw o r k i n gf r e q u e n c yo ft r a n s f o r m e r , t h eo r i g i n a ld e s i g nt h o u g h 拄o f t r a n s f o r m e ra r en o tw e l ls u i t a b l ef o rw i d e b a n dt r a n s f o r m e r st h a ta l eu s e di nd i g i t a l c i r c u i t s w eh a v et or e a n a l y s i st h ew i d e b a n dp u l s et r a n s f o r m e r i nt h i st h e s i s ，f i r s t l yp u tf o r w a r dan e wt r a n s f o r m e rp a r a m e t e r se q u i v a l e n tc i r c u i t b a s i n go i lt h et h o u g h t so fc o m m u n i c a t i o n sc h a n n e lt h e o r y - t r a n s f o m a e ri n s e r t i o n l o s s 曲a n n e lm o d e l w h i c hi su s 醴i na n a l y s i s 氆ei n s e r t i o nl o s so ft r a n s f o r m e r t h e n d e d u c et h ei n s e r t i o nl o s sf o r m u l a s i m u l a t et h ei n s e r t i o nl o s sc u r v ew i t hg i v e n t r a n s f o r m e rp a r a m e t e r s ，t h er e s u l t ss h o ww i t hs i n g l es a m p l et e s tm e t h o d ，t h et h e o r y 0 1 1 r v e sa r ea l m o s ti d e n f i c a lt ot h et e s tr e s u l t s ，b u tw i t hb a c kt ob a c kt e s tm e t h o d ，t h e r e i ss o m el i t t l ed e v i a t i o na tt o w e rs i d e ，d e e p l ya n a l y z et h em o d e l ，t h e na m e n dt h e e q u i v a l e n tc i r c u i to fb a c kt ob a c kc o n d i t i o na n dg e tas u i t a b l ef o r m u l a a n a l y z e t r a n s f o r m e rc h a r a c t e r i s t i c so fd i f f e r e n tw o r k i n gb a n di nd e t m l d e s i g nm a k ea n dt e s t a d s lm a i nt r a n s f o w i r i e r t h ec o n t r i b u t i o no ft h i st h e s i si st of o r w a r dan e we q u i v a l e n tc i r c u i to f t r a n s f o r m e rt h a tc a r lb eu s e df o ra n a l y z i n gt h ei n s e r t i o nl o s s + i tc a nb ea c ta sat h e o r y g u i d a n c ea n de x p e r i m e n ta s s i s t a n c e + k e yw o r d s ：w i d e b a n dt r a n s f o r m e r , p a r a m e t e r s ，c h a r a c t e r i s t i c ，i n s e r t i o nl o s s 1 | 穰予鞋技大学硬圭学像论文 第一章概述 。 电子变压器的发溪过程 电子变压器发疆至今没商1 4 0 余年静掰史了，并随着电子技术的飞速发展 而发展，同时也伴随着一系列产品的更新换代。由于价格低、制造方便等特点， e 型、u i 型插片式变压器被广泛采用，但这种结构的产品，重量骥，给电子整 机的小溅化带来了困难。6 0 年代，c 型、环型卷绕式铁芯变压器诞生，并很快 在各耱魄子整壤上褥至广泛皮麓，瞧c 型交聪器噪声大，铁芯热= 工艺较复杂， 质羹一致往较差，掇是美中不足j i g 。 9 0 年代，r 型圆截面铁芯的研制成功，从根本上解决了变压器的问题。r 型 变压器县有漏磁极小，损耗小，升温低，噪声极小、结构简单、安全可靠等优 点，因止b 在各个领域有多种用途，将逐步取代传统的e 型、c 型和环型变压器， 毅称为o 零戴变压器的凝攀愈。近几年来，潮终、通最 子韭魄兴怒，裹导铁氧 俸誊雩辩豹宽带交压器，威麓交莲器蔹豹盛焉镁域【1 8 。 如今电子变压器的种必繁多，有开关电源变压器、音频变疆器、网络接口 变压嚣、通讯接口变压器、高低频互感器、高频电感、工频电抗、平面电感变 压器等铸。电子变压器在越来越广的领域中应用，成为现代电子产品中不可缺 少的霓嚣传。 1 2 邀予变压器的现状和趋势 随赭消费类电子产品的需求日趋平稳，电子变压器的生产发展速度放慢； 但由于密频和视频、办公自动化和通信等高频电子产品使用的普及和需求的增 长。菇颡、低损耗、，j 、尺寸秘低铃位的遥子变糕嚣是彗1 l 誊市场上焱畅镑的产品。 羹宽繁瓣络领域提供莲酝。辍挠交换律鞠，瘦掰在d s s 、i s d n 、h d s l 、a d s l 、v d s l 等线路中的宽带变压器，t i e i 、1 0 b a s e 、1 0 0 b a s e 、1 o b a s e 接翻变压器，无 线局域网( w l a n ) 用的射频变压器、电感器成为通信领域应用的新方向。变压 器作为煎要的核心元件，熬帆商对电子变压嚣威蹙有很高的要求指标，昂重要是 磁蕊损耗小，对信号数馁输效率离，频率响废好。 囊予电子交垂器是劳动密集墼彝敬爱户定潮为主懿产箍，舔壤获式弱产品 很少，要达到规模生产较为困难，加之市场巍争日益激烈，价格不断下降，生 产已转向低劳动成本地区，遮为国内发展电子褒压器带来了机遇。世界电子变 压器技术发展目标是轻量、商效、高密度；片式化产品将进一步发展，但市场 电予科技大学硕士学位论文 占有搴不会太高。高频、小尺寸、低价位的通讯变聪器将是市场的宠儿，商压 电源变压器市场前景令人鼓舞，啦产自动化也是电子变压器生产企业扶注的主 要焦点之一。 从世界媳予变压器技术发疑趋势来看，众多小懋内资金业现有的产懿帮技 术已瑟蒗疑籁，低籀静产鑫，露嚣懿技零，袭乡爨盒，今螽将无法在壤烈静市 场竞争中立题。大中型企业还可弓l 迸生产技术，傻8 0 年代以来先后弓l 进的生产 技术、设备，随着时间的推移熟技术水平已经落后。总的来说，国内内旋企业 的产品为中低档水平：三资企业的生产技术、设备主要是引进的，其产晶高中 低档都有，键仍以中低档为主。嚣前国内虽是世界上中低档电子变压嚣的主要 圭产基遮之，餐是缝大多数瘫爨金翌拿不嚣国终惩户定裁产螽订零，瓣日毒 限；加之缀济效益差，更无资众投入生产中高档产溺的技术改造。由予爨内特 定的条件和j 琏年来由于国内网络通讯业制造技术殿价格上居优势，电予变压器 行业的发展前景仍是良好的。小型、轻便、集成化、应用高新技术将成为电子 变压器发展主题f 1 。 3 逶信技零没逢信变疰器发震现状饔趋势 1 3 1 通信拽术发展趋势 未来通信技术发展将会呈现出以下五种趋势f 1 9 】 一一融合趋势。鞋合将成为下一代通信技术发餍的“主旋律”。隧麓掰络应 用加速向i p 汇聚，网络将逐渐向麓对i p 业务最佳的分组化网的方向演进和融合。 下一代网络将是电信网与因特网的融合和发展。融台将体现在“话音与数据”、 “传输与交换”、“电路与分组”、“有线与无线”、“移动与无线局域网( w l a n ) ”、 “蓉理与羧涮”、“电信与诗舞壤”、“集中与分密”、“邀域与光域”等多 令方蠹。 一一交换技术从电路到分组。随着业务从话音向数据的转移，从传统的电路 交换技术邂步转向分组交换技术特别是无连接i p 技术为基础的整个电储新框架 将是一个发赋趋势。现有的电路交换技术在传送数箍避务方瑟效率较低，不能 按嚣支待赛露整务，瑟蕊毒豹臻瓣在支持窦霹夔务方嚣缺乏羧务蒺鼙僚程，盈 此，从电路交换向分组交换的转变不是简单的转变。同时，从传统的电路交换 网到分组化网将是一个长期的渐进过程，采用具有歼放式体系架构和标猴接口， 2 电子科技大学硕士学位论文 实现呼叫控制与媒体层和业务层分离的软交换将是完成这一平滑过渡任务的关 键。 一一传送技术从点到点通信到光联网。w d m 技术的出现和发展为电信网提供了 巨大的容量和低廉的传输成本，有力地支撑了上层业务和应用的发展。但点到 点w d m 系统只提供了原始的传输带宽，需要有灵活的网络节点才能实现高效 的组网能力。自动交换光网络( a s o n ) 的出现吸取了i p 网的智能化经验，有 效解决了i p 层与光网层的融合问题，代表了下一代光网络的研究方向。 一一接入技术从窄带到宽带。面对核心网和用户侧带宽的快速增长，中间的 接入网却仍停留在窄带水平，而且仍主要是以支持电路交换为基本特征，与核 心网侧和用户侧的发展趋势很不协调。接入网已经成为全网带宽的最后瓶颈， 接入网的宽带化和i p 化将成为本世纪初接入网发展的主要大趋势。有线接入除 发展x d s l 和以太网等宽带接入技术外， 一一无线技术从3 g 到4 g ，从单一无线环境到通用无线环境。在宽带业务需 求不断增长的情况下，无线传输作为个人通信的重要手段，其矛盾显得十分突 出。尽管第三代移动通信系统( 3 g ) 能提供m b p s 量级的传输速率，但与宽带 业务的发展需求相比还相差甚远，远远不能满足未来个人通信的要求。具有高 数据率、高频谱利用率、低发射功率、灵活业务支撑能力的未来无线移动通信 系统( 4 g ) 可将无线通信的传输容量和速率提高十倍甚至数百倍。 1 3 2 通讯用变压器的前景及现状 通讯用变压器是计算机网络设备、通信产品必备之关键零组件，其接口均 需一颗以上之通讯用变压器，主要运用于个人计算机内、外接式调制解调器、 笔记型计算机内建模块型调制解调器及数据采集卡、网络用i s d n 、x d s l 、l a n 及c a b l em o d e m 等产品。宽带网络产品品类亦繁多，i c 生产厂家很多，需要多 种不同规格型号的电子变压器部件。对于a d s l 局端、用户端的调制解调器，主 要采用e p l 3 、e p l 0 、e p x l 0 、e p x 7 等形状的铁氧体变压器；p o t s 分离器用的差 模电感，多采用形状、体积较小的e e 5 、e e 6 3 、e p 5 、开气隙的环形磁芯。对 h d s l 变压器通常采用e p x x 、r m x x 等形状的铁氧体变压器。 以往国内通讯用变压器由于个人计算机出货量惊人，应用于个人计算机的 模拟式调制解调器变压器，用量很多。但随着个人计算机价格降低，计算机外 毫予科技大学硕士学位论文 设产品的价格下降，调制解调器厂商在利润渐薄的情况下，纷纷转往宽频产品 如i s d n 、a d s l 等发展，而通讯用变压器厂商也确4 转往生产相关变压器，以提 升获利的趋势。 随着x d s l 市场的增长，磁镁元件的发震必须蹑上d s l 市场的步伐。如今， 我爨黎对d s l 技零豹溪炸蠖壤长侮提菲零熬悉。颧诗藏1 9 9 9 鬓2 0 0 4 每润，线 缆调制解调器和d s l 用户每年将增长7 7 ，而收入将从i o 亿美元撬黼到1 3 3 亿美元。d s l 调制解调器制遗商正在迅速开发出易用的即插即用型客户端设备 ( c p e ) 以及计算机预装d s l 调制解调器。他们还在推出用户可自行安装的廉价微 型滤波器，销去了需专业人员安装豹分路器，从蔼棚速了异步d s l ( a d s l ) 设备 酶撵广。 正当l g 奄造商们忙于兔d s l 调制解调器提供髓能莲强、功耗更低的芯片维 之时，越来越多的基本磁性元件，如共模线圈、隔离变压器和滤波器，将不得 不与i c 的发展同步前进，以满足d s l 调制解调器的需求。 在一个热型的高速网络接黝中，许多磁性元件诳以完成一系列信譬调节功 能。减夸这黧磁缝元 孛麴薅积、数萋著疆毫它 3 豹霹靠淫正在或为一矮辍喜携 战毪的工佟。为了应对这些挑战，在翻造磁性元静静过程中采霜了多释技术， 以便满足对擞小体积、更低功耗和更低成本d s l 调制解调器的需求。通过改变 外形尺寸来减小体积、将磁性元件模块化以及将磁性元件集成到连接器内已成 为三种基本的技术1 1 3 。 随薏债号速疫越来惹抉，穗譬毽越寒越套易受剿攀抗、电磁予魏( e m i ) 稻嚣 颧于撬( r f | ) 豹影响阳：线缆秘逡接器蒋像天线一样，溉有广播臻爱谗会矮 改噪 声。通过将众部信号调节功能放八连接器中的小烈模块或p c b 内，实现了磁性 元件和连接器的集成。连接器的众属屏蔽特性可保护那些产生噪声或可能受到 系统内其它元件影响的元件。缩短信号的传输距离也将增强信号的抗干扰能力。 薅牧发嚣芯片藏在邻近连接器静谯鼍，藏可在信号藏鼯系统之兹对其透行滤波。 信号簧输鼷簧懿缩短也可降低它翻辩来自其它元释静邀磁干挠的敏感度。这耱 方案不仅节衡了更多的板上空间和元件数量，同时滋驻著地提高了可嚣饿【1 2 】。 目前，通讯技术中无线局城网，蓝牙技术成为新的发展热点。同样在此领 域的应用变聪器，成为各研究机构、企业设计的热点。 ，4 变疆瑟的在逶最、霹络系统孛熬应溺 1 交聪器在通讯领域的应用 4 电子科技大学硕士学位论文 通讯技术的飞速发展，变压器的类型也日益增多，目前变压器在通讯领域 主要有四大类： l _ 双绞线领域：x d s l 、t 1 e 1 、i s d n 、音频、模拟调制解调器等类型 的宽带变压器； 2 同轴电缆线领域：同轴电缆网络、同轴电缆调制解调器、c a t v 机顶 盒等类型的变压器； 3 无线领域：便携式电话，如c d m a 、g s m 等蓝牙技术、超宽频技术等 类型的变压器； 4 光纤领域：传统的通信主干网络、光纤到户、高频电流的电源网络 等类型的变压器。 2 变压器在局域网络中的应用 变压器主要应用在i o b a s e ，i o o b a s e ，1 g i g a b i t ，无线局域网络等接口电路 主要起隔离直流、阻抗匹配、抑制共模信号等作用。是网络中不可缺少的，至 关重要的元器件。 电予科技大学硕士学位论文 第二章数字脉冲变压器工作原理及信道模型 在通讯设备、网络戳及其稳信息系统中，为遥黩不嗣疆抗的匹配，达到平 餐与不乎鬟鸯鼹貉藕合，隔驾纛浚、掇侯电嚣与惫浚瀚精确篦，宽謦交匿嚣褥 到了广泛应用。特别是随着宽带网络连接千家万户，以数字技术为基础的综合 业务数字网( i s d n ) ，数字用户线路( d s l ) ，i n t e r a c t 技术的发展，为宽懈变压器 提供了新的发展方向。宽带变联器通常工作在较低的信号电平，较宽的频率范 基静下。 2 1 变压器的工作原理 对于宽带通信，数字信号经一系列编码、调制腐，得到不同频率和幅度的 熬冲信号在线路中传输，这耱撩号舞变压器的工 譬镰号。 宽带交藤器与功率变压器豹鹾掰在于它不是以黧蹙传输为主，面阻燹换隘 抗为主，所以通过它的电流较小，且多为高频或音频信号 。变压器工作在较 弱的信号密度下，磁芯工作在磁性材料的起始磁化睡里，材料的起始磁导率起 主要作用，闲此不考虑变压器磁芯的饱和性。宽带变趱器工 乍原理和功率变压 嚣蕊程圈，羧楚摄蕤毫磁惑应寇撵，帮变弦瑟邀滚产生交绽兹磁场，交纯筑磁 场又在导体中产生感应电动势这一原理而制成设备。 变压器怒种无源器件，且变压器中传输的为麓模信号，可以将冀等效为 阻抗的特性。只要初级的等效黼抗大于一定的值，变雁器就能正常地进行信号 豹费羧工穆。塞予疆蕊懿磁导枣凌高频簿懿下臻逮发不及叛率熬增掇逡发块， 因此在高频时变压器仍能正常地佟输信号。变压器鹃工作特性相当予一个四端 口的带通滤波器。如图2 一l 所示，为l o o b a s e 的变藤器初级绕组的并联蹲效阻 抗值，其值很大且随频率先增大，后减少。 6 皇王型垫奎兰堡主兰垡笙兰 _ 一。一 c m p i 8 6 7 8 8 7 5h h z 2 。登。违 咎 、_ 昱 f 耵 宜 1 8 6 7 8 8 7 5m h = 11 l h z 1 0m h z 2 dm h z 5 0m h z 8 0m h z 1 0 0m h z 1 2 5m h z 6 8 0 6 6k 口 3 5 5 4 7 垤 9 3 3 8 2k 口 6 5 1 6 9k q 3 1 6 6 4k 立 2 0 9 2 9k q 1 6 9 3 4k 靠 1 3 5 0 9k n 图2 1l o o b a s e 变压器初级并联等效阻抗 2 2 变压器插入损耗信道模型 为了更好的了解数字脉冲变压器在网络或通讯系统中的插入损耗，需要深 入分析变压器在系统中的作用和系统参数特性。为此我们根据通信信道理论的 思想，建立了一种新的变压器参数等效电路模式称为变压器插入损耗信道 模型。利用变压器插入损耗信道模型来分析变压器的插入损耗特性，这对变压 器的整体优化，提供了一种简单可靠的方法。 2 2 1 信道理论 通信信道具有以下特性： ( t ) 具有一个( 或多个) 输入端和一个( 或多个) 输出端； ( 2 ) 线性的，并满足叠加定理： ( 3 ) 具有衰减( 或增益) 频率特性和相移( 或延时) 频率特性； ( 4 ) 即使没有信号输入，在输出端仍有一定的功率输出( 噪声) 。 信道可以用一个线性网络来表示，如图2 - - ：2 n 0 ，2 3 4 5 6 7 电子车萼技大学硕士学位论文 图2 2 信道模型 信道网络的输久与输出之间的关系可以表示为： e o ( f ) = f e 船) 】+ ( r ) 式中，e ，是输入的信号，g 。( f ) 是输出信号，n ( t ) 为加性噪声( 躐称加性 于魏) ，它秘口，不发生蔹簸关系。 f e ， 】出瓣络静特健确窥，它表示信号逶避跨绻簿，输出信号与输入信号 之间具有菜平中涵数关系。信道鼹有两种模型：变参信道和恒参信道。 恒参储道为参数不随时间疑化。这时若信道特性为h ( t ) ，则输出信号可表示 为1 2 4 】： g 。) = e l ( f ) 4 蟊) + 弹8 ) 恒参傣道为一个非时变的线性网络。该网络的传输特性可瑁幅度一频率及 相位一频率特性来表示。 所谓幅频特性是指已调情母中，各频率分量谯通过信道时带来不同的衰减 ( 或增益) ，造成健输信号的失真。对于理想的无必粪传输，它传输爵数应满足： h f 茹= k e l “。 式中，k 是传输系数，t a 燕延迟时间，它们都与频率无关，由上式可知 l h ( c o ) l = k 。常数【2 胡。因此，理想无失真传输信道的幅频特性为0 d b 的袋减和实 际的幅频特性存在一定的衰减，如图2 3 示： 8 萼静警；叠 ：? ： ! 实际的幅 骊特脞 。 ”? y ，： 图2 3 理想无失真传输信道的幅频特性和实际的幅频特性 龟予葶粤技大学硕士学饿论文 2 2 2 变压器插入损耗倍道模型 燮愿器作为通信、网络系统电路中的一个部传，也是通信信邋中的一个器 孛，宅凌廷奏鞋下懿售道特糕： ( 1 ) 变压器具有一个( 或多个) 输入端鄹一个( 或多个) 输出端； ( 2 ) 变压器是近似线性的，并满足叠加定理； ( 3 ) 具有衰减( 或增髓) 频率特性和相移( 或延时) 频率特性； ( 4 ) 即使没有信号输入，在输出端仍有一窥的功率输出( 噪声) 。 对变疆器参数来说，黧予潼参蓿遂实际遭揆中，交压器参数麓瓣阗有一定 的变化，佩是可以忽略不及) ，是个非对变的线性网络。 变聪器中的噪声主要为按模信号，对变压器的传输特性基本没有影响，因 此，在讨论变压器的传输特憔时，先不考虑噪声干扰部分，只考虑变压器对有 用信号的传输特性。 为了信号源篷魏黪统一，我嚣j 将交压器线游瑟( i i n es i d e ) 露戏霹络售号 输入端，负载端看成网络信号的输出端。 由于数字脉冲变压器怒工作在某一频带范围内。因此，在讨论变压器传输 特性的时候，我们可以看成变压器工作在兀+ a ，频率点上，每点的信号强 度( 或泡愿疆发) 不固。 将交器器熬参数等效麓翔强2 4 壤示熬蘩滋毫臻模垂，戳分糖变匿器鳇绩 输特性( 实际变压器的参数是两边对称式的形式，为了计算方便，我们将参数 等效成不对称电路形式，遗对变压器传输特性的理论计算没有影响“”) 。 薏蔼 匿2 4 变压器信道模型的簿效电路 如图2 4 辑示，将交藤器分成三部分： 第1 部分：初级绕组的等效参数： 第1 i 部分：理想变压器的功能，即将变压器的工作负载映射的初级，将初 级电压变换到次级： 9 电子科技大学硕士学位论文 第1 i i 部分：次缀的等效参数。 由于疑压器相当于非时恋的线性网络，而且变聪器的工作特性满足信道理 论，即线性的，叠加性的。因此，变压器在捧个系统中产生的插入损耗等于 芷= 玛+ 强，+ 迥。变压嚣在徼堂插入损耗的性熊对是采用有效插入损耗。有 效摇入撰糕逶精籀黠于理怒交聪器来说瓣摇入撰强。因魏，模鍪中灵蠢l 帮 i l 部分对系统传输信号产生衰减，i i 是理想变压器横溅，对外界信号不产生影响。 2 3 变压黼插入损耗信道横型分析 对实繇懿交压器，我翻会缀据实鞣的工馋电爨及驱动芯片性能的鬻求，臻 定交蓬黎翁懿缮( l ，鋈滋( t r ) ，负载亳疆( 怒) ，售号添蠹疆( r 。) ，变压 器初级、次级漏电感的值( 三如，l u ) ，初级和次缴绕组的值( 露却，r m ) 以 及插入损耗德( 儿) 等参数。由2 2 2 节中建立的变压器信道模型等效电路， 我们可以求得变压器工作的插入损耗特性。 一、下面分剜讨论每一邦分瓣焱减 1 。i 部分插入损耗 在分析i 部分插入损耗的时候，做如下假设： ( 1 ) 变服器的初级电感和漏电感不随频率变化； ( 2 ) 初级绕组的分布电容不隧频率变化； ( 3 ) 忽臻拐缀绕缝懿交滚惫黻： ( 4 磁蕊损耗的荠联等效亳隧震。不睫频率交徒( 实际是随频率变化静，摇 圈2 5 示) 。 3 1 2 sh h z 蟊救 ? 、1 f 、 ” 、h k 4 f 显 - 风 s w p 孽a r 矗珏v 矗l 客sx i - i z7 。6 5 3 6 硷 0 0k h z 0 。8 3 3k 鑫 s 重f h z1 3 。3 8 6k 髓 1 0m 珏z 3 。9 9 sk q 图2 5 变压器初级绕组的并联等效电阻测试曲线 1 0 电子科技大学硕士学位论文 根据以上假设，由电路2 4 的i 部分，可得到 堡堡+ ，越 7 一r 。+ r 。一 j c o l4 r 。r 。 q 一玉r a 甄r e 一可f 面琢丽 比+ r 。 z ：= z 。+ ，n 正c + b = j i i ；：；+ j m c ”+ r p z 上 弘i 兰2 纛毛 2 j c o c d p 卟袅墨 1 + j c o c a p z 2 。 ( 2 一1 ) ( 2 - 2 ) ( 2 3 ) ： 墨 u z 1 + r o + j cd f l r o z l j ( 2 - 4 、 z i + m l 印+ r p + r 。+ j c o c 卯r 。( z l + j c o l 印+ r p ) 因此，此时的插入损耗函数为： 毕划t 。甜 捌t 。j 型坐型篙型燮f 经过化简可以得到： ( 2 5 ) 电子麓菝大学礤擎巍论文 i - = 6 0 2 - l o l o g c g + 半+ 乏+ 半+ 每吨们2 抄 恻e 咒吣争+ 墨静+ 唼+ 如十鼍“浯国 。：一酏+ 墨+ 乏+ 墨号鱼+ 等叫：矿) 2 c 中。c h 凳妒 坤g c ( r o c o + 每，+ 坼c t 十等，+ 嗤+ 寺，+ 等内 2 。i i i 部分插入攒糕 襁分析i l l 部分插入损耗时，做如下假设： ( 1 ) 变压器的次级漏电感不随频率变化； ( 2 ) 次级绕组豹分农瞧容不瞳壤率变皂； ( 3 ) 忽略绕组豹交流电阻。 根据以上假设，由电路2 4 的i i i 部分，可得到 土 弘兰舞2 而r 丽b _ 二一+ 置。 1 w n 5 v 击 j c o c 曲 。 窑一? ； 鱼 啦瓦而z 4 丽2 面i 1 + j 焉c o r b c 。 ( 2 - s ) r 6 ( j a i l 如+ r + r b ) ( 1 + j c o r b c a ，) + r 6 可以得到i l l 部分的捅入损耗为 电子科技大学磙学位论文 儿一z s f 鲤趔出等警 = - 2 0 l o g 叫。l o g 坠坠堕噬矗芋瞄塑嫂) 娟0 2 _ l 。1 0 9 ( ( 2 + 鲁c ) 2 + ( 2 卅( 每艄n 枷以n 3 。交压器慧插入援耗 变压器在电路中酌总插入损耗为： f 2 9 ) = = r + r 蕊r r r v c , v 嚣l z 二等z 抄砑( 2 吠咒( h 等 手墨( h 每) “。毒+ 兰警) 2 ) 。 棚l o g ( ( 2 + 鲁一( 彬归 ) 2 + ( 2 群( 等枷n + 吃) 2 ) 2 。4 播入损耗信道模戮的实验及模型改进 2 + 4 1 撬入损耗倍遭模溅实验 由2 3 节种得到了变压器插入损耗的计算公式，本节通过实验分析，来验 证变压器插入损耗信道模测的可靠与实用性。 如隧2 - - 6 是实踞测褥敬死秘类型交压嚣的撼入损耗与理论模溅；卡算结果的 跑较。 变篷器i l 串争陵 i l 0 一l 一2 3 - 4 5 6 7 例2 - - 6 变压器硝八 ：6 耗特性 一 监 产 燮塾 一 一 电子科技大学硕士学位论文 由实验结果可以看出，在离频端存在微小镳麓，主要原因是交流电阻的影 响。对于低频和中频区，第组曲线，理论与实际基本完全吻合，第二组、第 三组仅程低频区有一定的偏簸。主要原因为：第一组，采用单个样品测试，第 二组与第三维样品采用背对鹜方式测试。就背对鸳方式测试，我们还蒲要在进 一多分掇蒸落道攘墅，来穆歪联谂，求密嚣黄露簿测试方式熬播入撰糕。 2 4 2 撬入攒耗信道模型修溅 将倍道的模型增加成两个变压器的形式，如图2 7 所示： 圈2 7 曹对鹜方式溅试等效电鼹器 从等激电路中可以看出，第，第三部分均裔两个并联电感，三。为第二个 变压器初级并联等效电感映射到第一个变压器的初级工：为第一个变压器的初级 电感映射到次级的并联等效假。 由予交麓器漆是叠蕊定瑷，掰瑷，嚣令变摄嚣鼹鸳对背灏试结果与磐独测 试一个交聪嚣耱篦，萁疆入攘栽凝争 增热了一个并联睡惑。由该并联溅感曩起 的插入损耗为： l = 一1 0j 2 ) _ - 1 0 l o 鲫十( 丧) 2 ) i l = 1 2 舛- 1 0 l o g c ：+ 十卺+ 墨竽十等娟们2 毛c t + 云r 炉 + c 坷c 凡c - 十争+ r p c j pc 十鼍，+ k 嚎+ 去卅鼍n 。一 棚l 。惑( 2 十惫一( 埘) 2 气2 + ( 2 秽等建气根凡内 圳吲l + ( 鑫) 2 ) 0 ) 2 d 电子科技大学硕士学位论文 我们对结论进行实验证明，得到曲线如图2 8 ： i l 特性曲线 图2 8 从图可以明显看出，背对背测试方式，在插入损耗的信道模型修正后，与 实际基本上完全吻合。 2 4 3 实验及结果分析 1 对不同类型，不同测试方式，不同圈比及不同工作特性阻抗的变压器进行 实验分析： 实验1 ：对a d s i 主变压器，工作特性阻抗为1 0 0 q ，圈比为4 2 ：l ，采用单 个样品测试方式的情况，测试对比结果如图2 9 。 图2 9a d s l 变压器插入损耗的测试及模拟波形 实验2 ：s h d s l 变压器，工作特性阻抗为1 3 5 q ，圈比为5 4 ：1 ，采用背 对背的测试方式，测试对比结果如图2 一l o 示。 电予科技大学硕士学位论文 一04 0 06 0 08 0 一 0 0 一i2 0 一l # 0 一 6 0 一l 目j 0 圈2 1 0s h d s l 变压器插入损耗测试及模拟幽形 实验3 ：v d s l 变压器，王馋特性阻抗为1 0 0 q ，豳比为3 ，5 ：i ，采弼鸷对 鹜羲溪l 试方式，测试霹篷绥杀魏强2 一l l 示。 0 0 0 o5 0 io o 1 0 图2 一i iv d s l 变压器插入损耗测试殿模拟图形 2 交嚣器援入攫耗罄遂囊囊燮黢结果努辑 a 优点； 变压器倍道模型等效电路求得的变压器的插入损耗与实际测试结果非常吻 合，并能徽好的适合不同工作频宽，不同特性阻抗，不同豳比的情况，耐且能 量纯戆分凝瓷难器各妻# 努等效参数弓| 莛戆蕹入擐耗。瓣实嚣设诗工程巾蠛纯变 压器参数露檄其重要的佟瘸； b 不足之处及原因分析： 变压嚣柳缀绕组的电感值，磁芯的损耗( 等效并联电班) ，绕组电飘傻，漏 感，势奄奄嚣等参数在实嚣王爨建翟中是夔菝宰交诧戆藿，毽在梵模蘩避覆孛， 则是进行了避戗的等效，认为德不随频率变亿。 i 豳于开路电感只是影响变压器工作的低频区特性，对中颇隧和高频 1 6 电子科技大学硕士学位论文 区没有影响。因此，所作的等效分析，与实际不可能完全一样。但 是，其分析结果与实际的器件工作过程中是可以拟合的； 2 磁芯的并联等效电阻，在整个的工作频率范围内，只是微小的变化， 没有数量级的改变，且微小波动对变压器的中频影响较小。因此， 在实际的分析当中，我们可以取其最小值作为其整个频带内的值， 这对分析插入特性影响不大： 3 变压器绕组的电阻值，实际随着工作频率的增大而增大，我们只取 直流电阻部分忽略交流部分，这将导致理论模拟插入曲线在高频端 与测试曲线有定的偏差。 2 5 变压器参数对插入损耗的影响 信道模型能很好地模拟实际变压器在电路中的插入特性。下面我们利用信 道模型，对分析各个参数对其变压器插入特性的影响。 1 变压器参数与插入损耗的关系 将2 3 币中的公式2 一1 0 进仃化伺，口j 以得剑父盘器阴循感，分币电谷， 磁芯等效电阻对变压器插入损耗的影响关系。 如对于次级漏感，我们可以得到如下关系： 北肼圳咄z + 半+ 乏+ 警+ i l l p 叫2 咖 百r o r lr ) ) 2 、， 口、 r 。 p三p 。 甲叫 。 + ( z n f ( r o c d p ( 1 + 等) + q ( ，+ 等+ 匕( 击+ i 1 ) ) + 皂) 2 ) i l = a - 1 0 l o g ( ( 2 + 鲁一( 珂) 2 c m l u ) 2 + ( 2 秽( 每+ r c m 枷n ) 2 ) 将式子化简，可以得到： 1 0 “l = ( 2 + 鲁) 2 + ( 2 万( r , + r b ) ) 2 ( 2 们2 k + ( 警+ ( 2 矿) 4 c 童) 三k 在这我们不具体去化简关系式，下面图2 1 2 ，2 1 3 ，2 - - 1 4 ，2 - - 1 5 ，2 1 6 为蛮乐器插入损耗与各个参数的关系图形 j 巡逛逖l 一 图2 1 2 切缀渊感对变餍器辅入j ! 糕的影瞬 叠 电子科技大学硕士学位论文 05 - 1 t5 2 u 25 3 o e i5 - 2 25 - 3 黼2 t 5 次缴电容x l 变压器捕入损牦的澎螭 h21 6 磁芯荆联等效电| !