JP2000503481A - エコー補償原理によるｕインタフェースのためのパルス変成器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ＩＳＤＮ遠隔通信システムではディジタルローカル交換局と網終端との間の接続が、端部にいわゆるＵ変成器を有する公衆二線式線路を介して行われる。網終端が端加入者に通ずると、Ｕ_KOインタフェースと言われ、その際に変成器の間の線路長さは８ｋｍまでであってよい。伝送されるパルスのビット誤り率は１０^-7以上でなければならず、パルスには端加入者の遠隔電流供給のために８０ｍＡまでの大きさであってよい直流電流が重畳されている。本発明はこのようなＵ_KO変成器のための軟磁性の非晶質の無磁歪の合金帯から成る環状帯状コアを提案する。製造された環状帯状コアは磁界のなかで熱処理され、この熱処理は保護気体雰囲気のなかで行われる。

Description

【発明の詳細な説明】 エコー補償原理によるＵインタフェースのためのパルス変成器 本発明はエコー補償原理によるＵインタフェースのためのパルス変成器に関す る。 ディジタル遠隔通信システム、特にＩＳＤＮ遠隔通信システムではディジタル ローカル交換局と網終端との間の接続が、端部にいわゆるＵ_KOまたはＵ_HDSL変成 器を有する公衆二線式線路を介して行われる。このようなＩＳＤＮ遠隔通信シス テムの概要図が図１に示されている。このようなＩＳＤＮ遠隔通信システムはそ の際に網終端（ＮＴＢＡ１）、ＩＳＤＮローカル交換局２、Ｕ_KO変成器３、電流 補償されたデュアルリアクトル４、たとえばＩＥＣ ＰＥＢ ２０９０であって よい集積回路５ならびにＤＣ／ＤＣ変換器を有する電流供給部６から成っている 。 コーディングおよびパルス列周波数ｆ_oに応じてＵ_KOインタフェースにおいて ４Ｂ３Ｔシステムおよび２Ｂ１Ｑシステムが区別される。４Ｂ３Ｔシステムは６ ０ｋＨｚのパルス列周波数ｆ_oおよび３つの３進シンボルへの４ビットのコーデ ィングを有する。２Ｂ１Ｑシステムはそれに対して４０ｋＨｚのパルス列周波数 ｆ_oおよび４進状態への２ビットのコーディングを有する。これらの相違はＵ_KO 変成器の磁化電流のスペクトル分布に影響を及ぼす。磁化電流のスペクトル分布 へのこの影響は図２に示されている。図２からわかるように、２Ｂ１Ｑコードの スペクトルのなかには大きい電流振幅を有する低周波成分が支配的であり、それ に対して４Ｂ３Ｔコードではより高周波の成分が支配的である。Ｕ_KO‐４Ｂ３Ｔ インタフェースの場合には変成器間の線路長さは５ｋｍまでであってよい。Ｕ_Ko ‐２Ｂ１ＱインタフェースおよびＵ_HDSLインタフェースでは変成器間の線路長さ は一般にそれよりも若干短い。伝送されるｃｏｓ²状のパルスの誤り率は常に１ ０^-7よりも小さくなければならない。 情報パルスに端加入者への遠隔電流供給のために、考察されているシステム（ ４Ｂ３Ｔ、２Ｂ１Ｑ）では８０ｍＡまで、ＨＤＳＬではさらにそれ以上の値であ り得る直流電流が重畳されているという困難が付け加わる。これらの供給電流は インタ フェース変成器磁心の直流磁界初期負荷Ｈ_dcに通じ、その高さは決定的に変成器 磁心の構成形態および使用される磁心の材料により決定される。その際に基本的 な条件は、該当規格のなかに定められているパルスマスクおよびインピーダンス マスクのような通信技術的な特性量が最大可能な直流電流初期負荷のもとでも、 または変動する直流電流初期負荷のもとでも、守られなければならないことであ る。 区間の両側に使用されるインタフェース変成器には下記の要求が課せられる。 ａ）最小の組立体積、 ｂ）伝送コードシステムに対する適性、 −４Ｂ３Ｔ−Ｕ_KO（ＦＺＴ １ ＴＲ ２２０およびＥＴＳＩ規格 ＥＴＲ ８０を参照；６０ｋＨｚ、１２０ｋＢａｕｄ） −２Ｂ１Ｑ−Ｕ_KO（ＡＮＳＩ‐Ｔ１．６０１およびＥＴＳＩ規格 ＥＴＲ ８０を参照；４０ｋＨｚ、８０Ｂａｕｄ） −２Ｂ１ＱおよびＣＡＰ−ＨＤＳＬ（ＥＴＳＩ規格 ＥＴＲ １５２を参照 ； ２Ｍｂｉｔ／ｓｅｃ） ｃ）接続される集積回路に応じて主インダクタンス１〜８０ｍＨ、 ｄ）遠隔電流供給の直流電流重畳、 −４Ｂ３Ｔインタフェース変成器では０〜６０ｍＡ −２Ｂ１Ｑインタフェース変成器では０〜８０ｍＡ （引用規格に従って決定される） ｅ）伝送到達距離＞８００ｋｍ（４Ｂ３Ｔの場合）またはＡＮＳＩに従って１５ ループ（２Ｂ１Ｑの場合）、 ｆ）わずかなコア重量およびＳＭＤ（表面実装デバイス）能力。 変成器コアのための材料としてこれまでフェライトが使用されていた、特にフ ェライト材料Ｎ２７およびＮ２８から成るフェライトが使用されていた。その際 、必要な直流電流初期負荷可能性は剪断によるフェライト環状コアのスリット形 成により達成される。磁気回路のこの強い剪断によりフェライト材料の元の非線 型のＢＨループが、変成器が必要な到達距離またはビット誤り率を満足するよう に強く線型化される。その際に欠点は、剪断が２００前後の値までの実効的に有 効な透磁率の減少を生じさせることである。しかしその際に１〜８０ｍＨの必要 な主インダク タンスを達成するためにフェライト環状コアでは構造上の制約を受けて体積が非 常に大きく設計されなければならない。 さらに、オーム損失と静電容量に起因する擾乱作用とに通じ得る高い巻回数の 一次および二次側巻線が必要であることがフェライト環状コアの使用の際の欠点 として知られている。 従って、本発明の課題は、ディジタル伝送システムのための直流電流初期負荷 可能なインタフェース変成器であって、可能なかぎり小さい組立体積を有し、ま た簡単な巻線構成およびわずかな巻回数で誤りのない長い伝送到達距離、特に８ ｋｍ以上の伝送到達距離を保証するインタフェース変成器を提供することである 。 この課題は、本発明によれば、一次および二次巻線を有するディジタル伝送シ ステムのための２〜８０ｍＨの主インダクタンスおよびわずかな結合キャパシタ ンスを有する直流電流初期負荷可能なインタフェース変成器において、磁心が軟 磁性の、少なくとも７０％まで非晶質の、平らな、可能なかぎり線形のＢＨルー プを有する合金から成り、合金が組成式 Ｃｏ_a（Ｆｅ_l-cＭｎ_c）_bＮｉ_dＭ_eＳｉ_xＢ_yＣ_z （ここで、Ｍは集合Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｇｅ、Ｐの１つまたはそ れ以上の元素、インデックスａ〜ｚは原子％で示され、１５＜ｅ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＜ ３０の条件付きで次の条件 ４０≦ａ≦８２ ０≦ｅ≦ ５ ３≦ｂ≦１０ ０≦ｘ≦１５ ０≦ｃ≦ １ ８≦ｙ≦２６ ０≦ｄ≦３０ ０≦ｚ≦ ３ を満足する） で表される組成を有する直流電流初期負荷可能なインタフェース変成器により解 決される。 この非晶質の強磁性の材料の使用により、非常に小さい組立体積により優れて いるインタフェース変成器のための磁心が製造される。さらに、この金属磁心で は大きい巻回数が放棄されるので、取るに足るほどのオーム損失と静電容量に起 因する擾乱作用とが生じない。 １８＜ｅ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＜２５の条件付きで次の条件 ５０≦ａ≦８２ ｅ≦ ３ ｃ≦ ０．５ ｘ≧ １ ｄ≦２０ ｙ≦２０ を満足する組成を有する合金が特に適していることが判明している。 本発明の好ましい実施態様では磁心として環状コア、特に環状帯状コアが設け られている。金属合金の特別な冒頭に記載した特性のゆえに、この環状帯状コア はスリットを切られていなくてよい。従って、好ましい実施態様では環状帯状コ アはスリットを切られていない環状帯状コアである。 好ましくは、環状帯状コアの帯は帯厚みの８％よりも小さい帯上側および帯下 側の平均的な山‐谷間高さＲ_aを有する。 本発明は、インタフェース変成器特性が、少なくとも０．７Ｔｅｓｌａ、好ま しくは０．８Ｔｅｓｌａ以上の飽和磁束密度およびＢＨループを有し、また少な くとも１Ａ／ｃｍ、好ましくは２Ａ／ｃｍ以上の磁界強さまで直線的経過を有す る非晶質の、ほぼ無磁歪のコバルト系合金により最も良く達成され得るという認 識に基づいている。このようなＢＨループは図３に示されている。このような直 線的なＢＨループはたとえば以下に説明される製造方法ステップにより達成され る。 非晶質の強磁性の帯は溶融物から急速凝固により鋳造され、その際に上述した ような組成が選ばれる。急速凝固方法または急速凝固を有する連続鋳造は十分に 知られている。その際に使用される原理的な方法ステップおよび装置はたとえば ドイツ特許第37 31 781号明細書に詳細に記載されている。この文書の対象を参 照によりここに組み入れたものとする。 軟磁性の非晶質の帯はその後に環状コアを形成するように特殊な機械で無張力 で巻かれる。磁気的特性、すなわち磁心の直線的な平らなＢＨループの設定が次 いで環状帯状コアの回転対称軸線に対して平行な、すなわち帯方向に対して垂直 な、磁界のなかで特別な熱処理により行われる。 熱処理はその場合、飽和磁歪λ_Sの値が熱処理中に合金組成に関係する大きさ だけ正方向に、｜λ_s｜＜０．５ｐｐｍ、好ましくは｜λ_s｜＜０．１ｐｐｍに位 置するまで変化するように行われる。表２からわかるように、これはλ_sの大き さが 帯の焼入れ状態では明らかにこの値の上に位置するときにも到達可能である。そ の際に、使用される合金に応じて、帯表面に酸化も他の反応も生じ得ないように 、空気、還元性または不活性の保護気体により磁心を洗流することが重要である 。コアは、使用される合金組成に応じて、与えられた磁界のもとに１〜１０Ｋ／ ｍｉｎのレートで２２０゜Ｃ〜４００゜Ｃの温度に加熱され、０．５〜４８時間 の時間に亘ってこの温度範囲に保たれ、続いて０．１〜５Ｋ／ｍｉｎのレートで 再び冷却される。 続いてコアは表面を不活性化され、被覆され、渦焼結され、または槽のなかに 入れられ、一次または二次巻線を施され、場合によっては構成要素ケースのなか に接着または鋳造される。 予め定められた主インダクタンスおよび直流電流負荷可能性の際の本発明によ り達成可能なコア寸法またはコア質量は下記の表１に示されている。 変成器のインダクタンスに対しては関係式 Ｌ＝Ｎ²μ_oμ_rＡ_fe／ｌ_fe （１） Ｎ＝巻回数 μ_o＝真空透磁率 μ_r＝材料の透磁率 Ａ_fe＝コアの磁路断面関 ｌ_fe＝コアの磁路長さ 式（１）から、必要なインダクタンスが最小の組立体積において、巻回数、透 磁率、コアの磁路断面関およびコアの磁路長さが互いに適合しているときのみ達 成可能であることが明らかになる。コア材料の透磁率は望ましい環状の幾何学的 形状とならんで変成器の可能なかぎりコンパクトな寸法に対する決定的なパラメ ータである。考慮の対象になる合金ではμ_rは実行される横磁界熱処理に応じて ５００〜５０００である。μ_r＝１００〜４００を有するスリットを切られたフ ェライトコアに比べて、選ばれた環状コア構造に基づいて、５００の低いμ値に おいてさえ優れた体積利点が生ずる。 コア材料の選択の際に基本的な制約が既に、伝送すべき情報信号に加入者装置 の遠隔電流供給のための直流電流（これは４Ｂ３Ｔ変成器では典型的にＩ_dc＝６ ０ｍＡまでであり得る）が重畳されていることにより生ずる。この直流電流は、 透磁率がそれ以下にごくわずかしか低下してはならない直流磁界初期負荷 Ｈ_dc＝Ｉ_dcＮ／ｌ_fe （２） に通ずる。この理由から材料の評価は図４に零としてＵＫ０変成器に対して開発 された種々の非晶質の材料に対して示されているようなμ（Ｈ_dc）特性線を用い て行われる。 変成器がエコー補償法により達成される到達距離を規格通りに守り得るために は、μ（Ｈｄｃ）特性線が十分に一定に延びなければならない。その際に、μ（ Ｈｄｃ）特性線のどの範囲およびどの形状がここで基礎とされなければならない かは、伝送すべき信号の振幅に関係する。 図２からわかるように、４Ｂ３Ｔスペクトルの低周波成分はわずかしか際立っ ていない。その結果、より高周波の有効信号の動作点の位置は高い振幅の低周波 のジ ッタにより弱くしか影響されない。その代わりに低周波の回路内部の擾乱、たと えばたいていユーザー回路のなかに存在しているＤＣ‐ＤＣ変換器（図１参照） のクロック周波数、が直流電流初期負荷とならんでμ（Ｈｄｃ）特性線上の信号 の動作点の位置およびそのジッタを決定する。図５ａには、低い変調度に対して 相い異なる表面品質を有するコア材料から成る２つの４Ｂ３Ｔ変成器に対する関 係が示されている。低周波の擾乱信号の振幅は比較的小さいので、ここで小さい 変調度に属するμ（Ｈｄｃ）特性線の特性線形状における小磁界範囲の特性は決 定的な役割をしない。これは非晶質のコアのなかで、 −帯が十分に滑らかであり（図５ａ、実線の特性線）、 −帯が制御されない仕方で結晶化されておらず、 −横磁界熱処理により発生される横異方性が正確にコア軸線に対して平行に位置 し、 −飽和磁歪が実際上消滅し、 −コアが無張力で巻かれている かぎり、実際上水平に延びている。 それに対して上記の条件が十分に守られないと、磁気余効の結果として特性線 （図５ａ、点線の特性線）に、理想状態からの偏差の増大と共に徐々により深く なる凹みが現れる。その場合に低周波の擾乱信号による動作点の変調は伝送すべ きコードの歪みに通じ、それによってエコー補償の擾乱によりビット誤りが生ず る。 ２Ｂ１Ｑコードに対する関係は図５ｂに示されている。変成器コアの本質的に より大きい変調度に基づいて図５ａによる小磁界範囲における湾曲した経過は平 均化され、また意義を失う。その代わりに、大きい変調度に対して有効な図５ｂ による特性線の経過が伝送特性を決定する。その際に上記の製造条件および材料 特性の影響はそこに示されている仕方で特性線の経過に入る。動作点が図５ｂの 特性線の急峻な範囲のなかに位置すると、信号伝送（４０〜６０Ｈｚ）に対する 関係は表面性状に応じて多かれ少なかれ強く、低周波の信号成分により発生され るジッタにより影響される。 最終的に変成器の到達距離を決定する十分に良好なビット誤り率は、下記の条 件が満足されるときに達成される。 １）熱処理された磁心または帯の飽和磁歪λ_sの大きさは少なくとも０．５×１ ０^-6よりも小さく(好ましくは０．１×１０^-6以下)、またコアは無張力で巻かれ ていること。 ２）帯上側および帯下側の共通の平均的な山‐谷間高さＲ_a（ＤＩＮ４７６２に よる）は少なくとも帯厚みの８％よりも、好ましくは２．５％よりも小さい大き さであること。 ３）ＤＳＣ（加熱レート１０Ｋ／ｍｉｎ）により求められた結晶化温度は４１０ ゜Ｃ以上、好ましくは４３０゜Ｃ以上であること。 ４）４Ｂ３Ｔコードの際の図５ａの特性線における凹みは的確な過変調により平 らにされること。これはコア体積の可能なかぎり簡潔な設計により可能になる。 それに対して２Ｂ１Ｑコードの際には、図５ｂ中の特性線の急峻な範囲の作用を 弱くするため、コア体積を可能なかぎり大きくするように努めるべきである。 ５）磁界熱処理の際に半径方向の漏れ磁界の有害な影響は可能なかぎり小さく保 たれること。この対策はたとえば磁界方向に十分に長いコアスタックの形成、外 部磁界に対する遮蔽、磁界の対称軸線に対するコアスタックの軸線の傾斜の回避 である。 ６）熱処理の特別な制御による非晶質合金に対して典型的な“空き体積”の崩壊 により磁気余効とより高い変調度の際に生ずる有害な影響とを減少させること。 ７）可能なかぎり高い異方性エネルギーＫ_uを構築することにより磁気余効とよ り高い変調度の際に生ずる有害な影響との作用を減少させること。 図４に従ってμ（Ｈ_dc）特性線の利用可能な一定の動作範囲は異方性磁界強度 Ｈ_a＝Ｂ_a／（μ_o×μ_r） （４） の大きさに関係するので、合金組成は横磁界熱処理と組み合わせて、一方では飽 和磁束密度が可能なかぎり高く、他方では透磁率が可能なかぎり低いように決定 されていなければなら〜かし式（１）により特に低い透磁率は巻回数Ｎの増大に より埋め合わされなければならないので、合金選択および熱処理の際に高い異方 性磁界強度および十分に高い透磁率からの妥協を見い出す必要がある。 本発明による合金システムにより、上記の条件の遵守のもとに、すべての規格 通 りの特性を有する特に直線的なヒステリシスループを有する変成器コアが製造さ れる。特に良好な特性を有するコアは、合金が可能なかぎりわずかしかＭｎを含 まず、合金のなかにたとえばＮｉのような第２の強磁性の成分を有し、及び／又 は（ＤＳＣにより測定、加熱レートは１０Ｋ／ｍｉｎ）４３０゜Ｃ以上である結 晶化温度を有するときに生ずる。 例：上記の要求および合金範囲は適当な熱処理の後にたとえば表２にあげられ ている合金により、または表２にあげられている合金‐コア組み合わせにより満 足される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ビンコフスキ、ヨハネス ドイツ連邦共和国 デー―63517 ローデ ンバッハ アドルフ―ライヒワイン シュ トラーセ ６ (72)発明者 ヘルツァー、ギゼルハー ドイツ連邦共和国 デー―63486 ブルッ フケーベル レントゲンシュトラーセ ２ (72)発明者 クレーシュピース、フォルカー ドイツ連邦共和国 デー―63637 ヨスグ ルント ボルンラインシュトラーセ ８ア ー (72)発明者 カプラレラ、ルイギ ドイツ連邦共和国 デー―63546 ハンマ ースバッハ ハウプトシュトラーセ 49 (72)発明者 ウィンク、ホルガー ドイツ連邦共和国 デー―63571 ゲルン ハウゼン グリューナー ヴェーク 26

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．一次および二次巻線を有するディジタル伝送システムのための２〜８０ｍＨ の主インダクタンスおよびわずかな結合キャパシタンスを有する直流電流初期負 荷可能なインタフェース変成器において、 磁心が軟磁性の、少なくとも７０％まで非晶質の、平らな、可能なかぎり線形 のＢＨループを有する合金から成り、また 合金が組成式 Ｃｏ_a（Ｆｅ_l-cＭｎ_c）_bＮｉ_dＭ_eＳｉ_xＢ_yＣ_z で表される組成を有することを特徴とする直流電流初期負荷可能なインタフェー ス変成器。 ２．１５＜ｅ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＜３０の条件付きで条件 ４０≦ａ≦８２ ０≦ｅ≦ ５ ３≦ｂ≦１０ ０≦ｘ≦１５ ０≦ｃ≦ １ ８≦ｙ≦２６ ０≦ｄ≦３０ ０≦ｚ≦ ３ を満足することを特徴とする請求項１記載の直流電流初期負荷可能なインタフェ ース変成器。 ３．磁心として環状コアが設けられていることを特徴とする請求項１または２記 載の直流電流初期負荷可能なインタフェース変成器。 ４．環状コアとして環状帯状コアが設けられていることを特徴とする請求項３記 載の直流電流初期負荷可能なインタフェース変成器。 ５．環状帯状コアがスリットを切られていないことを特徴とする請求項４記載の 直流電流初期負荷可能なインタフェース変成器。 ６．帯が帯厚みの８％より小さい帯上側および帯下側の平均的な山‐谷間高さＲ_a を有することを特徴とする請求項４または５記載の直流電流初期負荷可能なイ ンタフェース変成器。 ７．請求項４による直流電流初期負荷可能なインタフェース変成器のための環状 帯状コアを製造するために、 ａ）軟磁性の、少なくとも７０％まで非晶質の帯が溶融物から急速凝固により鋳 造されるステップと、 ｂ）帯が環状帯状コアを形成するように無張力で巻かれるステップと、 ｃ）巻かれた環状帯状コアが磁界のなかで環状帯状コアの回転対称軸線に対して 平行に保護気体雰囲気のなかで熱処理を受けるステップと、 を有することを特徴とする環状帯状コアの製造方法。 ８．環状帯状コアが１〜１０Ｋ／ｍｉｎのレートで２２０゜Ｃ≦Ｔ≦４００゜Ｃ の温度に加熱され、環状帯状コアが０．５時間≦ｔ≦４８時間の熱処理時間に亘 ってこの温度範囲に保たれ、続いて０．１〜５Ｋ／ｍｉｎのレートで再び冷却さ れることを特徴とする請求項７記載の方法。 ９．環状帯状コアが続いて表面を不活性化され、及び／又は被覆され、及び／又 は渦焼結されることを特徴とする請求項８記載の方法。