Autor: Jochen Neller, Technical Expert Inductors at Rutronik
Como la interfaz entre el dispositivo y el cable Ethernet, los transformadores Ethernet desempeñan un papel esencial. Gracias a un nuevo diseño, ya se encuentran disponibles en grandes cantidades y con alta calidad para responder a la demanda de un mercado con crecimiento rápido como es el de las redes Ethernet.
Basadas en los avances de producción y la introducción de procesos de codificación eficientes, las actuales redes Ethernet pueden alcanzar velocidades de transmisión de hasta 40 Gbit/s y 100 Gbit/s con cobre y fibra óptica, respectivamente. El uso generalizado de Ethernet respalda la creación de redes digitales más asequibles. Así pues, no sorprende que el número de redes Ethernet aumente a cada momento. En consecuencia, la gran mayoría de los dispositivos finales para entornos industriales, comunicaciones, transporte y consumo está interconectada a través de redes Ethernet.
Un componente crítico empleado en las redes Ethernet es el transformador. Como la interfaz entre el dispositivo y el cable Ethernet, lleva a cabo una función esencial: ofrece un aislamiento galvánico (desde el punto de vista de la seguridad) entre la circuitería digital, que forma la capa de enlace de datos para los sistemas Ethernet, y la PHY (capa física) (Fig. 1), que convierte las señales digitales en analógicas. Al mismo tiempo, el transformador Ethernet es el responsable de la adaptación de impedancias y la transmisión de datos. Las señales de transmisión y recepción deben atenuarse lo menos posible.
Figura 1: El transformador aísla la circuitería digital de la PHY (capa física).
El transformador se compone de cuatro bobinas, dos de las cuales se utilizan en el lado primario para la interfaz digital y las otras dos se encuentran en el lado secundario, conectadas a cables de par trenzado a través del conector RJ45.
El transformador H1190NL de Pulse, que ofrece un aislamiento eléctrico de 1.500 Vrms o 2.250 VDC como especifica la norma IEEE 802.XX, derivada del estándar IEC 62368-1, elimina la posible exposición a alta tensión causada, por ejemplo, por cortocircuitos eléctricos en el cableado de un edificio. Esto se logra mediante un acoplamiento magnético que permite la transferencia de señales eléctricas desde el lado primario al secundario mientras se proporciona la función de seguridad requerida.
Mayores cantidades y calidad mejorada gracias a la producción automatizada
Hasta hace poco tiempo, la cantidad de trabajo manual en la producción de transformadores de núcleo toroidal de ferrita todavía era relativamente alta, ya que los alambres magneto tenían que conectarse a los contactos y pines a mano, un proceso que requería mucho tiempo y dinero. Además, el riesgo de adaptación de impedancias es muy alto en procesos de producción manual, pudiendo provocar una merma en los valores máximos de ancho de banda útil y velocidad de transmisión de datos. Con la intención de responder a la creciente demanda de transformadores y, a la vez, aumentar la calidad de los componentes, Pulse invirtió en equipos automatizados de bobinado de transformador para la fabricación de la serie T-chip (TC1000/2500/5000/10000) (Fig. 2). Ahora, los transformadores se enrollan de manera totalmente automática en un núcleo en forma de bobina con contactos chapados para las terminaciones de cable. Otra ventaja adicional se encuentra en la producción completamente automática: ya no se requiere una inspección visual para garantizar un bobinado correcto.
Figura 2: Transformadores bobinados de manera semiautomática (a) o totalmente automática (b).
Además de los costes más reducidos como consecuencia de unos tiempos de fabricación más cortos y un rendimiento de producción mejorado, los transformadores de la serie T-chip proporcionan otras muchas ventajas. Esta tecnología integra el encapsulado mecánico alrededor del núcleo de ferrita, eliminando así la necesidad de una cubierta de plástico. Por lo tanto, estos transformadores son más ligeros y pequeños que los modelos tradicionales de núcleo toroidal.
Hablando en términos generales, los transformadores T-chip soportan las mismas velocidades de datos que los diseños de núcleo toroidal. Además, cumplen los estándares IEE802.3xx para velocidades de transmisión de datos de 100 Mbit/s a 10 Gbit/s y ofrecen hasta 600 mA de PoE (Power over Ethernet) para poder alimentar dispositivos finales remotos.
Características de calidad de los transformadores T-chip
Aparte de la diafonía, el rechazo de modo común y la pérdida de retorno, una característica de calidad decisiva de los transformadores es la pérdida de inserción, que describe la pérdida en la fuerza de transmisión desde la fuente de alimentación a la carga y representa la potencia de la señal transmitida que se pierde entre la entrada y la salida. La pérdida de inserción está estrechamente relacionada con el posible alcance o longitud del cable.
Los diagramas en la Fig. 3 ofrecen la pérdida de inserción de los transformadores de 1 Gbit/s, una vez con un diseño toroidal y una vez con un T-chip. Las curvas de medida muestran que los transformadores LAN con un diseño T-chip poseen una dispersión reducida de los parámetros eléctricos y, por ende, mejores valores.
Figura 3: Comparación de la pérdida de inserción para transformadores toroidales y T-chip.
Resumen
La tecnología T-chip posibilita la producción de transformadores Ethernet de alta calidad para innumerables aplicaciones de red. Además, la calidad de los componentes, un entorno compatible con EMC o HF y una distribución de PCB apropiada son factores cruciales a la hora de garantizar una red Ethernet de la mejor calidad.
