KR20070086217A - 자기 유도 디바이스 - Google Patents

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KR20070086217A
KR20070086217A KR1020077013478A KR20077013478A KR20070086217A KR 20070086217 A KR20070086217 A KR 20070086217A KR 1020077013478 A KR1020077013478 A KR 1020077013478A KR 20077013478 A KR20077013478 A KR 20077013478A KR 20070086217 A KR20070086217 A KR 20070086217A
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알렉스 액셀로드
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알렉스 액셀로드
제브 샤피로
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Abstract

자기 유도 디바이스(MID)가 기술된다. MID는 적어도 하나의 1차 전기 권선, 적어도 하나의 2차 전기 권선 및 로컬 그라운드에 전기적으로 접속되고 폐도전 루프를 형성하지 않고 적어도 하나의 1차 전기 권선 및 적어도 하나의 2차 전기 권선이 자기적으로 결합되어 있는 코어를 적어도 부분적으로 둘러싸는 전기 도전성 커버(ECC)를 포함한다.
자기 유도 디바이스(MID), 1차 전기 권선, 2차 전기 권선, 로컬 그라운드, 폐도전 루프, 전기 도전성 커버

Description

자기 유도 디바이스{Magnetic induction device}
본 발명은 자기 유도 디바이스 및 자기 유도 디바이스를 사용하는 회로에 관한 것이다.
자기 유도 디바이스들, 예컨대 변압기들 및 바룬들(Baluns)(Balun - Balanced-Unbalanced)은 전형적으로 다양한 시스템들에, 예컨대 통신 시스템들에 사용된다. 종래의 변압기들은, 밴런스드 신호들과 함께 사용될 때, 전형적으로 수백 MHz 이상의 주파수 대역에서 공통-모드(CM) 전류를 거부하는 데 충분히 효과적이지 않다. 충분히 높은 CM 거부는 전도 및 방사된 방출물의 방지 및 데이터 인터페이스 노이즈 이뮤니티(data interface noise immunity)의 향상을 위한 고속 데이터 통신 응용들에 특히 중요하다.
CM 전류들의 거부에서 종래의 신호 변압기들의 비효율은 지금까지 통신 응용들을 위한 해결방법을 얻기 위해 사용되는 복잡한 마그네틱 디바이스 및 디자인들을 낳았다. 이와 같은 복잡한 디바이스들 및 디자인들은 전형적으로 10/100/1OOOBaseT 이더넷 응용들에 이용되고 라인 변압기와 각 라인 쌍에 대한 공통-모드 초크의 조합을 구비한다. POE(Power-over-Ethernet) 응용들이 또 이러한 디바이스들 및 디자인들에서 지원되면, 이 때 자동 변압기가 또 각 라인 쌍에 대해 부가되어 라인 쌍 당 자기 유도 디바이스들의 수를 증가시킨다. 마그네틱 디자인의 복잡성은 불균형 문제로 이어졌고, 이 불균형 문제는 또 전자기 간섭(EMI) 문제들 및 누화(crosstalk)의 원인이다. 이와 같은 복잡한 디바이스들 및 디자인들의 예들이 다음의 데이터 시트들에 나타나 있다:
라인 변압기들, 공통-모드 초크들 및 자동-변압기들을 통합하는, IP 마그네틱들 및 광대역 변압기들에 대한 보이스를 기술하는, 미국, 뉴저지, 저지 시티의 벨 퓨즈사의 2004 LM00200의 데이터 시트;
라인 변압기들, 공통-모드 초크들 및 자동-변압기를 통합하는, 1000Base-T 모듈 EPG4001AS 및 EPG4001AS-RC를 기술하는, 미국 캘리포니아, 노스 힐즈의 PCA 일렉트로닉스사의 데이터 시트;
라인 변압기들, 공통-모드 초크들 및 자동-변압기를 통합하는, 파워 오버 이더넷 (PoE) 마그네틱스 및 10/100BASE-TX VoIP 마그네틱 모듈을 기술하는, 미국, 캘리포니아, 샌디에고의 펄스®의 2005년 8월의 H327.H 데이터 시트;
회사 웹사이트 www.midcom-inc.com 에서 이용가능하고 EDSO-G24 이산 단일 포트 기가비트 마그네틱 컴포넌트를 기술하는, 2005년 12월 1일자의, 미국 사우스 다코타의 미드콤사의 데이터 시트; 및
라인 변압기들 및 공통-모드 초크들을 포함하는 XRJH RJ45 커넥터를 기술하는, 2003년 6월 30일자의, 미국 캘리포니아의 엑스멀티플(Xmultiple)의 데이터 시트.
고속 근거리 통신망(LAN) 마그네틱스의 종래 디자인들과 관련된 문제들은, IEEE EMC 협회의 산타 클라라 챕터 회의에서 제공된 브로드콤사(Broadcom Corporation)의 네븐 피슬(Neven Pischl)에 의한 "이더넷 마그네틱의 선택시의 EMI 고찰(EMI Considerations in Selection of Ethernet Magnetics)" 제목의 2004년 5월 11일 프리젠테이션에서 기술 및 설명되었다.
그러므로, 고주파수에서의 자기 유도 디바이스들의 전기 성능의 향상이 요망된다.
자기 컴포넌트들에서 누설 인덕턴스를 제어하기 위한 해결방법들을 제안하지만 공통-모드 거부 문제를 해결하지 못하는 몇몇 기술들의 양상 및 관련 자료가 다음과 같은 공보에 기술된다:
높은 권선비(turns ratio)를 갖는 토로이덜 변압기를 기술하는, 시프린(Shifrin)의 미국 특허 3,123,787;
제어된 상호 커플링 및 제어된 누설 인덕턴스를 갖는 변압기 및 이와 같은 변압기를 이용하는 회로를 기술하는 빈시어렐리(Vinciarelli) 등의 미국 특허 5,719,544; 및
전기 전도 재료를 포함하는 벽(wall)을 갖는 도관(conduit)을 포함하는 자속 안내 장치를 기술하는, 비치(Vicci)의 미국 특허 6,720,855.
절연 변압기들에서 상호 용량(interwinding capacitance)의 감소를 다루고 공통-모드 거부의 약간의 향상을 낳지만 누설 인덕턴스를 제어하는 문제를 해결하지 못하는 몇몇 기술들의 양상 및 관련 자료가 다음과 같은 공보들에 기술된다:
크게 감소된 상호 용량을 가지는, 절연 변압기로서 특히 사용되는 유형의 차폐 변압기를 기술하는, 맥러플린(McLoughlin)의 미국 특허 4,484,171;
코로나 방전을 생성하는 방전 전극을 구비하고 고주파 발생기, 변조 변압기 및 전원 변압기가 방전 전극에 전류를 공급하는 전원 변압기를 둘러싸는 하우징에 부분적으로 삽입되는 구형 카운터 전극에 의해 둘러싸인 코로나 효과 음향 방출기를 기술하는 클레인(Klein)의 미국 특허 4,464,544;
낮은 누설 전류 전기 절연 시스템을 기술하는 밀러(Miller) 등의 미국 특허 3,851,287; 및
자기 코어, 자기 코어 위에 감긴 복수의 전달 목적 권선들, 및 추가의 권선이 복수의 전달 목적 권선들 사이에 위치되고, 신호 전달 동작들에 기여하지 않는 방식으로 자기 코어 위에 감긴 추가 권선을 구비하는 통신 변압기를 기술하는, 야마시타(Yamashita)의 공개된 미국 특허 출원 2005/0162237.
위에 언급되고 본 명세서 전체에 걸쳐 언급된 모든 참조문헌들의 개시내용들 및 이들 참조문헌들에 언급된 모든 참조문헌들의 개시내용은 본원에 참조된다.
발명의 요약
본 발명은 그의 최선의 실시예들에서, 넓은 범위의 주파수들에서 동작가능하고 고주파수들, 예컨대 수백 MHz 정도 및 그 이상의 주파수에서 향상된 성능을 제공하는 자기 유도 디바이스들(MID들)을 제공한다. 고주파수들에서의 향상된 성능 및 저주파수에서의 성능은 고속 데이터 통신 응용 및 특히 고스위칭 주파수들 즉, 500kHz 이상의 전원 응용에 특히 유용한 본 발명에 따른 MID들을 만든다.
종래의 MID들 및 종래의 MID 디자인들과 대조적으로, 모두 단일 디바이스에 기초하는 본 발명에 따른 MID들은 누설 인덕턴스의 제어 향상 및 공통-모드 거부의 향상 모두를 제공한다.
용어 "자기 유도 디바이스"(MID)는 다양한 응용에 채용되는 전기 및 자기 회로에서, 자속에 의해 유도되는 전류 및 자기 유도를 이용하는 디바이스를 구비하도록 본 명세서 및 청구항들에 사용된다. MID의 예로는 변압기; 바룬(Balun); 전력 분배기; 전력 분할기; 전력 결합기; 공통-모드(CM) 초크; 자기 유도 컴포넌트에 기초한 혼합 디바이스; 변조기 및 인덕터 중 적어도 하나를 포함하며, 이들에 한정되지 않는다.
본 발명의 다른 목적들 및 특징들은 다음의 상세한 설명 및 첨부 도면들로부터 이 기술분야에서 숙련된 사람에게 명백하게 될 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 적어도 하나의 1차 전기 권선; 적어도 하나의 2차 전기 권선; 및 로컬 그라운드(local ground)에 전기적으로 접속되고 폐도전 루프(closed conductive loop)를 형성하지 않고 상기 적어도 하나의 1차 전기 권선 및 상기 적어도 하나의 2차 전기 권선이 자기적으로 결합되는 코어를 적어도 부분적으로 둘러싸는 전기 도전성 커버(electrically-conductive cover; ECC)를 포함하는 자기 유도 디바이스가 제공된다.
바람직하게는, 상기 ECC는 다음과 같은 코어 섹션들: 상기 적어도 하나의 1차 전기 권선에 의해 둘러싸인 코어 섹션; 상기 적어도 하나의 2차 권선에 의해 둘러싸인 코어 섹션; 및 상기 적어도 하나의 1차 전기 권선과 상기 적어도 하나의 2차 전기 권선 사이의 코어 섹션을 적어도 부분적으로 둘러싼다.
더 바람직하게는, 상기 ECC는 상기 적어도 하나의 1차 전기 권선에 근접한 상기 ECC의 외측 표면으로부터 상기 코어에 근접한 상기 ECC의 내측 표면으로 상기 적어도 하나의 1차 전기 권선에 의해 유도된 표면 전류들을 위한 도전 경로를 제공하기 위해, 상기 권선 아래에서 상기 적어도 하나의 1차 전기 권선에 의해 둘러싸인 상기 코어 섹션을 둘러싼다.
다르게 혹은 부가적으로, 상기 ECC는 상기 코어에 근접한 상기 ECC의 내측 표면으로부터 상기 2차 전기 권선에 근접한 상기 ECC의 외측 표면으로 상기 코어내의 자속(magnetic flux)에 의해 유도된 표면 전류들을 위한 도전 경로를 제공하기 위해 상기 권선 아래에서 상기 적어도 하나의 2차 전기 권선에 의해 둘러싸인 상기 코어 섹션을 둘러싼다.
다르게는, 상기 ECC는 상기 1차 전기 권선에 의해 둘러싸인 상기 코어 섹션 및 상기 2차 전기 권선에 의해 둘러싸인 상기 코어 섹션을 상기 권선들 위로부터 둘러싸고 상기 1차 전기 권선으로부터 방출되는 자속의 누설을 실질적으로 방지하기 위해 상기 권선들의 적어도 일부의 권선 절연물(winding insulation)과 실질적으로 접촉한다.
바람직하게는, 상기 ECC는 다음과 같은 접속들: 즉 직접 접속; 커패시터를 통한 접속; 및 저 임피던스 회로를 통한 접속 중 적어도 하나를 통해 상기 로컬 그라운드에 전기적으로 접속된다.
상기 로컬 그라운드는 바람직하게는 로컬 도전성 섀시 그라운드(local conductive chassis ground); 호스트 장비의 실드(shield of host equipment); 호스트 장비의 하우징; 대형 인쇄 회로 접지면(massive printed circuit ground plane); 및 대형 도전성 플레이트 중 적어도 하나를 포함한다.
자기 유도 디바이스는 바람직하게는 변압기; 바룬(Balun); 전기 전력 분배기; 전력 분할기; 전력 결합기(electrical power combiner); 공통 모드 초크(common-mode (CM) choke); 자기 유도 컴포넌트에 기초한 혼합 디바이스; 및 변조기 중 적어도 하나를 포함한다.
바람직하게는, 상기 ECC는 상기 적어도 하나의 1차 전기 권선과 상기 적어도 하나의 2차 전기 권선 사이에 있는 코어 섹션에 따른 적어도 한 위치에서 상기 로컬 그라운드에 전기적으로 접속된다.
상기 코어는 바람직하게는 상기 코어내에 윈도(window)를 정의하는 자속을 위한 폐경로를 포함하고, 상기 윈도는 히트 싱크(heat-sink)를 포함하는 전기 도전성 매체로 적어도 부분적으로 충전되고 상기 로컬 그라운드에 접속된다.
바람직하게는, 상기 적어도 하나의 1차 전기 권선 및 상기 적어도 하나의 2차 전기 권선 중 적어도 하나는 리본 케이블내의 모든 와이어들에 걸쳐 도전 경로를 생성하도록 각각의 와이어가 리본 케이블내의 인접 와이어들에, 적어도 한 위치에서, 전기적으로 접속되는 리본 케이블을 포함한다.
다르게는 또는 부가적으로, 상기 적어도 하나의 1차 전기 권선 및 상기 적어도 하나의 2차 전기 권선 중 적어도 하나는 도전체를 증착한 다음 상기 도전체를 절연시키는 절연층을 증착하는 데 사용되는 금속 증착 기술에 의해 제조되는 절연된 도전체를 포함한다.
또 다르게는 또는 부가적으로, 상기 적어도 하나의 1차 전기 권선 및 상기 적어도 하나의 2차 전기 권선 중 적어도 하나의 적어도 일부는 동축 케이블의 내측 도전체를 포함하고, 상기 자기 유도 디바이스는 또 상기 동축 케이블의 외측 차폐 도전체를 포함하는 추가 ECC를 포함하고, 상기 동축 케이블은 상기 코어 주위에 폐도전 루프를 형성하지 않도록 배열된다.
자기 유도 디바이스는 바람직하게는 이더넷 통신에 사용되는 라인 종단 유닛(LTU)에 포함되고 및/또는 연관될 수 있다.
본 발명의 최선의 실시예에 따라, 상기 제 1 리본 케이블내의 모든 와이어들을 통해 도전 경로를 생성하도록 각각의 와이어가 상기 제 1 리본 케이블내의 인접 와이어들에, 적어도 하나의 위치에서, 전기적으로 접속되는 제 1 리본 케이블을 포함하는 1차 전기 권선; 및 상기 제 2 리본 케이블내의 모든 와이어들을 통해 도전 경로를 생성하도록 각각의 와이어가 상기 제 2 리본 케이블내의 인접 와이어들에, 적어도 하나의 위치에서, 전기적으로 접속되는 제 2 리본 케이블을 포함하는 2차 전기 권선을 포함하는 자기 유도 디바이스가 제공된다.
또한, 본 발명의 최선의 실시예에 따르면, 폐도전 루프를 형성하지 않고 코어를 적어도 부분적으로 둘러싸는 전기 도전성 커버(ECC); 및 상기 ECC 상에 감긴 전기 권선을 포함하는 인덕터가 제공된다.
바람직하게는, 상기 ECC는 접지되어 있다.
또한, 본 발명의 최선의 실시예에 따르면, 자기 유도 디바이스에서 누설 인덕턴스를 감소시키고 공통-모드(CM) 신호 거부를 향상시키는 방법을 제공하며, 상기 방법은, 적어도 하나의 1차 전기 권선 및 적어도 하나의 2차 전기 권선을 제공하는 단계; 상기 적어도 하나의 1차 전기 권선 및 상기 적어도 하나의 2차 전기 권선이 폐도전 루프를 형성하지 않고 전기 도전성 커버(ECC)에 의해 자기적으로 결합되는 코어를 적어도 부분적으로 둘러싸는 단계; 및 상기 ECC를 로컬 그라운드에 전기적으로 접속시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 최선의 실시예에 따르면, 자기 유도 디바이스에서 금속 손실을 감소시키는 방법을 제공하며, 상기 방법은 리본 케이블을 제공하는 단계; 상기 리본 케이블내의 모든 와이어들을 통해 도전 경로를 생성하도록 상기 리본 케이블내의 각 와이어를 상기 리본 케이블내의 인접 와이어들에 적어도 하나의 위치에서 전기적으로 접속시키는 단계; 및 상기 자기 유도 디바이스의 전기 권선을 생성하도록 자기 유도 디바이스의 코어 주위에 상기 리본 케이블을 둘러싸는 단계를 포함한다.
또, 본 발명의 최선의 실시예에 따르면, 인덕터에서 누설 인덕턴스를 감소시키는 방법을 제공하며, 상기 방법은 폐도전 루프를 형성하지 않고 전기 도전성 커버(ECC)에 의해 코어를 적어도 부분적으로 둘러싸는 단계; 및 상기 ECC 위에 전기 권선을 감는 단계를 포함한다.
본 발명은 도면들과 관련하여 취해진 다음의 상세한 설명으로부터 더 완전히 이해되고 알 수 있을 것이다.
도 1a는 접지된 전기 도전성 커버(ECC)를 채용하는 변압기를 포함하고, 본 발명의 최선의 실시예에 따라 구성되고 동작하는 자기 유도 디바이스(MID)의 최선의 구현예의 단순화된 도면.
도 1b는 도 1a의 MID의 단면도의 단순화된 도면.
도 2는 도 1a의 MID의 단면에서 ECC의 표면 위의 전류 경로의 단순화된 도면.
도 3은 권선들 위에 접지된 ECC를 채용하는 변압기를 포함하고 본 발명의 최선의 실시예에 따라 구성되고 동작하는 MID의 다른 최선의 구현예의 단순화된 도면.
도 4는 중첩하는 권선들을 가지며 접지된 ECC를 채용하는 변압기를 포함하고 본 발명의 최선의 실시예에 따라 구성되고 동작하는 MID의 또 다른 최선의 구현예의 단순화된 도면.
도5a는 접지된 ECC 및 권선들과 접지 위치 사이에서 상기 ECC 위에 부가된 슬리브들을 채용하는 변압기를 포함하고 본 발명의 최선의 실시예에 따라 구성되고 동작하는 MID의 또 다른 최선의 구현예의 단순화된 도면.
도 5b는 도 5a의 MID의 CM 거부 평가에 적용가능한 등가 회로를 나타낸 도면.
도 6은 ECC 인덕턴스와 접지 본드(grounding bond)의 인덕턴스 사이의 비의 상이한 값들에서 도 5a의 MID의 전형적인 공통 모드(CM) 거부 성능을 나타낸 그라프.
도 7a는 접지된 ECC를 채용하고 전도 매체로 적어도 부분적으로 충전된 코어 윈도를 가지는 변압기를 포함하고, 본 발명의 최선의 실시예에 따라 구성되고 동작하는 MID의 또 다른 최선의 구현예의 단면도의 단순화된 도면.
도 7b는 도 7a의 MID의 평면도의 단순화된 도면.
도 8a는 접지된 ECC 및 동축 케이블 배선을 채용하는 변압기를 포함하고 본 발명의 최선의 실시예에 따라 구성되고 동작하는 MID의 다른 최선의 구현예의 단순화된 도면.
도 8b는 도 8a의 MID의 단면도의 단순화된 도면.
도 9a는 POE(Power-over- Ethernet)를 지원하는 100/lOOOBaseT 이더넷 인터페이스 회로를 위한 종래의 자기 모듈의 전기 회로를 나타낸 도면.
도 9b는 본 발명의 최선의 실시예에 따른 접지된 ECC를 채용하는 변압기를 포함하고, 본 발명의 최선의 실시예에 따라 구성되고 동작하는 MID의 전기 회로를 나타낸 도면.
도 10은 접지된 ECC를 채용하는 인덕터를 포함하고, 본 발명의 최선의 실시예에 따라 구성되고 동작하는 MID의 최선의 구현예의 단순화된 도면.
도 11은 도 1, 3-5a 및 7a-8b의 MID들 중 어느 하나를 구성하기 위한 최선의 방법의 단순화된 플로차트를 나타낸 도면.
도 12는 감소된 금속 손실을 가지며 리본 케이블을 포함하는 MID를 구성하기 위한 최선의 방법의 단순화된 플로차트.
도 13은 도 10의 인덕터를 구성하는 최선의 방법의 단순화된 플로차트.
접지된 전기 도전성 커버(ECC)를 채용하는 변압기를 포함하고, 본 발명의 최선의 실시예에 따라 구성되고 동작하는 자기 유도 디바이스(MID; 100)의 최선의 구현예의 단순화된 도면인 도 1a를 참조한다.
MID(100)는 예를 들면, 통신 응용들을 포함하는 다양한 응용들에 변압기로서 사용될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. MID(100)는 바람직하게는 적어도 하나의 1차 전기 권선(110); 적어도 하나의 2차 전기 권선(120); 적어도 하나의 1차 전기 권선(110) 및 적어도 하나의 2차 전기 권선(120)이 자기적으로 결합되는 코어(130); 및 ECC(140)를 구비한다. 설명 및 묘사를 단순화하기 위해, 단지 하나의 1차 전기 권선(110) 및 하나의 2차 전기 권선(120)이 도 1a에 도시되어 있고 이하에서 참조되지만, 1차 전기 권선들 및 2차 전기 권선들의 수를 한정하고자 하는 것이 아니며 오히려 MID(100)는 하나 이상의 1차 전기 권선(110) 및/또는 하나 이상의 2차 전기 권선(120)을 구비할 수 있다.
1차 전기 권선(110) 및 2차 전기 권선(120) 각각은 절연 와이어들 또는 절연 도전체들을 포함할 수 있다. 절연 도전체들은 예를 들면 도전체를 증착한 다음 도전체를 절연하는 절연층을 증착하는 데 이용되는 적절한 금속 증착 기술에 의해 제조될 수 있다. 금속 증착 기술은 예를 들면 다층 금속 증착(multilayer metal deposition)을 포함할 수 있다.
코어(130)는 자기 코어 또는 에어 코어(air core), 또는 자기 코어 및 에어 코어를 포함하는 조합물 또는 다른 물질들을 포함할 수 있다. ECC(140)는 예를 들 면, 구리 또는 알루미늄과 같은 고체 금속 물질; 금속 메시(metallic mesh); 금속 증착의 얇은 층들; 및 도전 페인트 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만 이것에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 최선의 실시예에 따르면, ECC(140)는 로컬 그라운드(150)에 전기적으로 접속되고 폐도전 루프를 형성하지 않고 적어도 부분적으로 코어(130) 주위를 둘러싼다. 폐도전 루프의 형성을 방지하기 위해, ECC(140)는 바람직하게는 세로의 갭을 포함할 수 있는 갭(160)을 구비한다. 갭(160)은 비전도성 물질 또는 접착제를 포함할 수 있다. 갭(160)을 갖는 ECC(140)의 레이아웃의 단면도가 도 1b에도시되어 있고, 도 1b는 MID(100)의 단면도의 단순화된 도면이다.
바람직하게는, ECC(140)는 직접 접속; 커패시터를 통한 접속; 및 저 임피던스 회로를 통한 접속 중 적어도 하나를 통해 로컬 그라운드(150)에 전기적으로 접속된다.
또한, 도 1b에 도시된 것과 같이, ECC(140)는 예를 들면 섹션(164) 위에 중첩 섹션(162)을 갖는 코어(130)를 완전히 둘러쌀 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 갭(160)은 바람직하게는 섹션들(162, 164) 사이에 있다.
상기 코어를 따라 1차 전기 권선(110) 및 2차 전기 권선(120)의 배치는, 바람직하게는 상기 코어(130)의 4개의 유형의 섹션 즉, 1차 전기 권선(110)에 의해 둘러싸인 코어 섹션(170); 2차 전기 권선(120)에 의해 둘러싸인 코어 섹션(180); 1차 전기 권선(110) 또는 2차 전기 권선(120)에 의해 둘러싸이지 않은 2개의 코어 섹션들(190, 200)을 정의한다. 코어 섹션들(190, 200)은 1차 전기 권선(110)과 상 기 2차 전기 권선(120) 사이에 있다.
바람직하게는, ECC(140)는 코어 섹션(170); 코어 섹션(180; 및 코어 섹션 (190)을 적어도 부분적으로 둘러싸고, ECC(140)은 코어 섹션 (190)에 따른 적어도 한 위치에서 로컬 그라운드(150)에 전기적으로 접속된다. ECC(140)는 코어 섹션(200)을 완전하게 둘러쌀 필요는 없다는 것을 알 수 있다. 그러한 경우에 ECC(140)가 코어 섹션(200)에 따른 적어도 한 위치에서 로컬 그라운드(150)에 전기적으로 접속되어 있는 상태에서, 유사한 결과를 달성하기 위해 ECC(140)는 코어 섹션(190) 대신에 코어 섹션(200)을 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있다.
ECC(140)는 권선들(110, 120) 아래에서 또는 권선들(110, 120) 위로부터 코어 섹션들(170, 180)을 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있다. 다르게는, ECC(140)는 권선(110) 아래에서 코어 섹션(170)을 및 상기 권선(120) 위로부터 코어 섹션(180)을 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있고, 또는 상기 권선(110) 위로부터 코어 섹션(170)을, 상기 권선(120) 아래에서 코어 섹션(180)을 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있다.
ECC(140)가 권선(110) 아래에서 코어 섹션(170)을 적어도 부분적으로 둘러싸는 경우에, ECC(140)는 바람직하게는 1차 전기 권선(110)에 근접한 ECC(140)의 외측 표면으로부터 코어(130)에 근접한 ECC(140)의 내측 표면으로 1차 전기 권선(110)에 의해 유도되는 표면 전류를 위한 도전 경로를 가능하게 한다. 그와 같은 경우의 MID(100)의 단면에서의 ECC(140) 표면 위에서의 전류 경로가 도 2에 도시되어 있다.
도 2에 있어서, 참조 번호(201)는 1차 전기 권선(110)내에서 흐르는 전류, 예를 들면 시계 방향으로 흐르는 전류를 나타낸다. 전류(201)는 ECC(140)의 외측 표면 상에서 반시계 방향으로 흐르고 이 후 상기 코어(130)에 근접한 ECC(140)의 내측 표면 상에서 시계방향으로 진행하는 전류(210)를 유도한다. 상기 전류(210)는 갭(160)을 따라 ECC(140)의 내측 표면으로 진행하고, ECC(140)의 내측 표면을 따라 흐르는 전류(220)를 생성한다. 상기 전류(220)는 갭(160)을 따라 ECC(140)의 외측 표면으로 다시 진행한다.
1차 전기 권선(110) 아래의 ECC(140)의 내측 표면 위를 흐르는 전류(220)는 코어(130)에 자속을 발생시킨다. 그와 같은 자속이 코어(130)를 따라 전달되어 ECC(140)의 내측 표면 위에 표면 전류를 발생시킨다.
도 1a를 다시 참조하면, ECC(140)가 2차 권선 아래에서 코어 섹션(180)을 적어도 부분적으로 둘러싸는 경우에 ECC(140)는 바람직하게는 코어(130)에 근접한 ECC(140)의 내측 표면으로부터 2차 전기 권선(120)에 근접한 ECC(140)의 외측 표면으로 코어(130)의 자속에 의해 유도되는 표면 전류들을 위한 도전 경로를 가능하게 한다.
ECC(140)가 권선들 위로부터 코어 섹션들(170, 180)을 적어도 부분적으로 둘러싸는 경우에, ECC(140)는 바람직하게는 1차 전기 권선(110) 및 2차 권선(120)으로부터 방출되는 자속의 누설을 실질적으로 방지하기 위해 권선들(110, 120)의 적어도 일부의 권선 절연물과 실질적으로 접촉하여 장착된다. 그와 같은 경우가 도 3에 도시되어 있다.
로컬 그라운드(150)는 바람직하게는 로컬 도전성 섀시 그라운드, 호스트 장비의 실드(shield of host equipment); 호스트 장비의 하우징; 대형 인쇄 회로 접지면(massive printed circuit ground plane); 및 대형 도전 플레이트 중 적어도 하나를 포함한다.
1차 전기 권선(110) 및 2차 전기 권선(120) 중 적어도 하나는 가요성 리본을 형성하기 위해, 나란히 배열되고 바람직하게는 결합 공정(cohesion process)에 의해 함께 고정된 통상의 둥근 절연 와이어들로 만들어진 케이블인 리본 케이블을 포함할 수 있음을 알 수 있다. 이와 같은 경우에, 리본 케이블의 각 와이어는 바람직하게는 리본 케이블내의 모든 와이어들에 걸쳐 도전 경로를 생성하도록 리본 케이블내의 인접 와이들에, 적어도 한 위치에서, 전기적으로 접속된다. MID 권선은 이와 같은 리본 케이블로 코어(130)의 일부를 감음으로써 만들어질 수 있다. 따라서 MID(100)는 각각의 와이어가 ECC(140)의 제 1 부분 주위의 제 1 리본 케이블내의 인접 와이어들에, 적어도 하나의 위치에서 전기적으로 접속되어 있는 제 1 리본 케이블을 감음으로써 제조될 수 있고, 각각의 와이어가 ECC(140)의 제 1 부분 주위의 제 2 리본 케이블내의 인접 와이어들에, 적어도 한 위치에서 전기적으로 접속되어 있는 제 2 리본 케이블을 감으로써 제조될 수 있다. 이 때 제 1 리본 케이블은 1차 전기 권선(110)을 포함하고 제 2 리본 케이블은 2차 전기 권선(120)을 포함한다.
중첩하는 권선들을 가지며 접지된 ECC를 채용하는 변압기를 포함하고 본 발명의 최선의 실시예에 따라 구성되고 동작하는 MID(300)의 또 다른 최선의 구현예의 단순화된 도면인 도 4를 참조한다.
MID(300)가 또한, 예를 들면, 통신 응용들을 포함한 다양한 응용들에 변압기로서 사용될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. MID(300)는 전기 권선들이 중첩하여 배치되어 있는 점에서 도 1A의 MID(100)와 상이하다. 도 4의 MID(300)에 있어서, 1차 전기 권선(310)은 코어(320)의 일부를 둘러싸고, ECC(330)는 폐도전 루프를 형성하지 않고, 1차 전기 권선(310)을 적어도 부분적으로 둘러싼다. 이 때 2차 전기 권선(340)은 바람직하게는 감기거나 그렇지 않으면 ECC(330) 위에 증착된다. 1차 전기 권선(310) 및 2차 전기 권선(340)의 역할은 ECC(330)의 내부에 있는 권선(310)이 2차 전기 권선으로서 사용되고 ECC(330)의 외부에 있는 권선(340)이 1차 전기 권선으로서 사용되도록 변경될 수 있다는 것을 알 수 있다.
1차 전기 권선(310) 및 상기 2차 전기 권선(340) 각각은 바람직하게는 도 1a의 MID(100)의 권선들(110, 120)과 관련하여 위에서 언급한 절연 와이어들 또는 절연 도전체들을 포함한다.
바람직하게는, ECC(330)는 로컬 그라운드(350)에, 예를 들면 도 1a의 ECC(140)를 도 1a의 로컬 그라운드(150)에 전기적으로 접속하기 위해 사용되는 접속물들 중 하나와 유사한 접속물을 통해 전기적으로 접속된다. 로컬 그라운드(350)는 바람직하게는 도 1a를 참조하여 위에 언급한 로컬 그라운드(150)와 유사하다.
접지된 ECC 및 권선들과 접지 위치 사이에서 상기 ECC 위에 부가된 슬리브들을 채용하는 변압기를 포함하고 본 발명의 최선의 실시예에 따라 구성되고 동작하는 MID(400)의 또 다른 최선의 구현예의 단순화된 도면인 도 5a를 참조한다. MID(400)는 예를 들면, 통신 응용들을 포함한 다양한 응용들에 변압기로서 사용될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
MID(400)는 바람직하게는 적어도 하나의 1차 전기 권선(410); 적어도 하나의 2차 전기 권선(420); 적어도 하나의 1차 전기 권선(410) 및 적어도 하나의 2차 전기 권선(420)이 자기적으로 결합되는 코어(430); ECC(440); 및 슬리브들(450, 451)을 구비한다. 적어도 하나의 1차 전기 권선(410) 및 적어도 하나의 2차 전기 권선(420)은 도 1a의 MID(100)의 권선들(110, 120)을 참조하여 위에서 언급한 것과 같은 절연 와이어들 또는 절연 도전체들을 포함함을 알 수 있다. ECC(440)는 예를 들면 구리 또는 알루미늄과 같은 금속 물질을 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
설명 및 묘사를 단순화하기 위해, 단지 하나의 1차 전기 권선(410) 및 하나의 2차 전기 권선(420)이 도 5a에 도시되고 이하에 참조되지만, 1차 전기 권선들 및 2차 전기 권선들의 수는 한정되지 않고 오히려 MID(400)는 하나 이상의 1차 전기 권선(410) 및/또는 하나 이상의 2차 전기 권선(420)을 구비할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명의 최선의 실시예에 따르면, ECC(440)는 로컬 그라운드(460)에 전기적으로 접속되고 폐도전 루프를 형성하지 않고 1차 전기 권선(410) 및 2차 전기 권선(420) 모두 아래에서 코어(430)를 적어도 부분적으로 둘러싼다. 폐도전 루프의 형성을 방지하기 위해, ECC(440)는 바람직하게는 세로의 갭을 포함할 수 있는 갭(470)을 구비한다.
바람직하게는, ECC(440)는 로컬 그라운드(460)에 도전 수단, 예컨대 도전성 납땜 물질, 도전성 용접 물질, 및 도전성 접착 물질를 통해 또는 도 1a의 로컬 그라운드(150)에 도 1a의 ECC(140)를 전기적으로 접속하는 데 사용되는 접속물들 중 하나와 유사한 접속물을 통해 접속된다.
로컬 그라운드(460)는 바람직하게는 도 1a를 참조하여 위에서 언급한 로컬 그라운드(150)와 유사하다.
슬리브들(450, 451)은 예를 들면 페라이트(ferrite) 슬리브들을 포함할 수 있다. 슬리브들(450, 451)은 바람직하게는 ECC 섹션들(454, 455)의 임피던스를 각각 증가시키기 위해 부가된다. ECC 섹션(454)은 권선(410)과 ECC(440)의 접지 위치(482) 사이에 있고 ECC 섹션(455)은 권선(420)과 ECC(440)의 접지 위치(483) 사이에 있다.
슬리브(451)에 의한 ECC 섹션(455)의 임피던스의 증가는 고주파수에서 공통-모드 신호 거부를 향상시키는 데 그 이유는 1차 전기 권선(410)에 의해 유도되는 공통-모드 전류들이 상대적으로 높은 임피던스 ECC 섹션(455)으로 흐르기보다는 저 임피던스 그라운드(460)로 위치(482)에서 침투하기 때문이다. 유사하게, 슬리브(450)에 의한 ECC 섹션(454)의 임피던스의 증가는 고주파수에서 공통-모드 신호 거부를 증가시키는 데 그 이유는 2차 전기 권선(420)에 의해 유도되는 공통-모드 전류가 상대적으로 높은 고 임피던스 ECC 섹션(454)으로 흐르기보다는 저 임피던스 그라운드(460)로 위치(483)에서 침투하기 때문이다. CM 거부 성능에 대한 ECC 섹션들(454, 455)의 임피던스 충격이 도 6에 도시되어 있다.
도 5a의 MID(400)의 공통-모드 거부 평가에 적용가능한 등가 회로를 나타낸 도면인 도 5b를 더 참조한다.
도 5b에 있어서, Cl은 1차 전기 권선(410)과 1차 권선(410) 아래의 ECC(440)의 일부 사이의 용량이고, C2는 2차 전기 권선(420)과 2차 권선(420) 아래의 ECC(440)의 일부 사이의 용량이고, Ll은 ECC 섹션(454)의 인덕턴스이고, L2는 ECC 섹션(455)의 인덕턴스이고, L3는 본드(bond) 또는 ECC(440)를 로컬 그라운드(460)에 접지시키는 데 사용되는 접지 전극(도시하지 않음)의 인덕턴스이다. ECC 섹션(454, 455)의 임피던스는 특히 슬리브들(450, 451)이 페라이트 슬리브들을 포함할 때 일부 실수(소산) 성분을 가지는 것을 알 수 있다. 간단히 하기 위해, 이러한 소산 성분들은 무시될 수 있다는 가정 하에 추가 논의가 이루어진다.
도 5a의 MID(400)의 전형적인 공통-모드 거부 성능이 다양한 주파수들에서 및 L1, L2, L3의 상이한 인덕턴스값들에서의 공통-모드(CM) 신호의 거부에 대해 도 6에 도시된다. 도 6의 그라프는 Ll = L2 라는 가정하에서, L1과 L3, L2와 L3 사이의 비의 상대 단위들로 나타낸 것이다. 유의할 점은 고주파수에서의 CM 신호 거부는, 용량들 C1 및 C2에 의해 제공되는 임피던스가 L1 및 L2에 의해 제공되는 임피던스보다 훨씬 낮은 경우, L1과 L3(또는 L2와 L3) 사이의 비를 증가시킴으로써 크게 향상될 수 있다.
접지된 ECC를 채용하고 전도 매체로 적어도 부분적으로 충전된 코어 윈도를 가지는 변압기를 포함하고, 본 발명의 최선의 실시예에 따라 구성되고 동작하는 MID(500)의 또 다른 최선의 구현예의 단면도의 단순화된 도면인 도 7a, 및 도 7a의 MID(500)의 평면도의 단순화된 도면인 도 7b를 참조한다. 예를 들면 MID(500)는 또 예를 들면 통신 응용들을 포함한 다양한 응용들에 변압기로서 사용될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7a에 있어서, MID(500)는 인쇄 회로 기판 (PCB)(510) 위에 설치된 것이 도시되어 있다. MID(500)에 있어서, 1차 전기 권선(520) 및 2차 전기 권선(530)은 바람직하게는 도 7b에 도시된 것과 같이, ECC(560)의 내외측 부분에 구멍들(550)을 통해 공통 토로이덜 코어(540) 위에 감겨 있다. 1차 전기 권선(520) 및 2차 전기 권선(530)은 바람직하게는 코어(540)를 통해 자기적으로 결합된다. 1차 전기 권선(520) 및 2차 전기 권선(530) 각각은 바람직하게는 도 1a의 MID(100)의 권선들(110, 120)을 참조하여 위에서 언급한 바와 같은 절연 와이어들 또는 절연 도전체들을 포함한다.
바람직하게는, 1차 전기 권선(520), 2차 전기 권선(530) 및 코어(540)는 금속 캡슐의 하측 부분(570) 위에 장착되고, 금속 캡슐은 ECC(560)의 부분으로서 사용된다. 상기 ECC(560)의 하측 부분(570)은 PCB(510) 위의 그라운드 패드(580)와 전기 접촉하고 있고 따라서 ECC(560)는 로컬 그라운드(도시하지 않음)에 접지 패드(580)를 통해 전기적으로 접속된다. ECC(560)는 또 바람직하게는 위로부터 코어(540)를 덮는 상측 부분(590)을 구비한다. ECC(560)는 또한 바람직하게는 위로부터 권선들(520, 530)을 덮은 추가 커버(도시하지 않음), 및 권선들(520, 530) 각각과 PCB(510) 사이의 추가 층(도시하지 않음)을 구비할 수 있다. ECC(560)는 전체로서 예를 들면 구리 또는 알루미늄과 같은 금속 물질을 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니라는 것을 알 수 있다.
갭(600)은 바람직하게는 코어(540) 주위에 폐도전 루프가 형성되는 것을 방지하기 위해 상측 부분(59)과 하측 부분(570) 사이에 유지된다. 갭(600)은 바람직하게는 갭(600)으로부터 자속의 누설을 감소시키기 위해 ECC(560)의 내측면에 배열된다.
바람직하게는, 코어(540)는 코어(540)에 윈도(610)를 정의하는 자속을 위한 폐경로를 포함한다. 윈도(610)는 바람직하게는 토로이덜 코어(540)의 구멍을 포함한다. 본 발명의 최선의 실시예에 따르면, 윈도(610)는 히트-싱크 및 ECC(560)의 일부를 포함하는 전기 도전성 매체로 적어도 부분적으로 충전되고 로컬 그라운드(도시하지 않음)에 패드(580)를 통해 접속된다. 전기 도전성 매체는 예를 들면 구리 또는 알루미늄을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
접지된 ECC 및 동축 케이블 배선을 채용하는 변압기를 포함하고 본 발명의 최선의 실시예에 따라 구성되고 동작하는 MID(700)의 다른 최선의 구현예의 단순화된 도면인 도 8a 및 도 8a의 MID(700)의 단면도의 단순화된 도면인 도 8b를 참조한다. 예를 들면 MID(700)는 또 예를 들면, 통신 응용들을 포함하는 다양한 응용들에 변압기로서 사용될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
MID(700)에 있어서, 1차 전기 권선(710) 및 2차 전기 권선(720)의 적어도 하나의 적어도 일부는 동축 케이블들의 내측 도전체들을 포함한다. 묘사 및 설명을 간단히 하기 위해, 1차 전기 권선(710) 및 2차 전기 권선(720) 각각이 동축 케이블의 내측 도전체를 포함하는 것으로서 도 8a에 도시되어 있다. 1차 전기 권선(710) 및 2차 전기 권선(720)이 자기적으로 결합되는 자기 코어(730)는 선형 오픈 코 어(linear open core)로서, 묘사 및 설명을 단순화하기 위해 설명의 보편성을 제한하지 않고 도시되어 있다.
바람직하게는, ECC(740)는 코어(730) 주위에 폐도전 루프를 형성하지 않고, 1차 전기 권선(710) 아래 및 2차 전기 권선(720) 아래의 코어(730) 주위를 적어도 부분적으로 둘러싼다.
본 발명의 최선의 실시예에 따르면, 추가의 ECC들(750, 751)이 MID(700)에 사용된다. ECC들(750, 751)은 바람직하게는 동축 케이블들의 섹션의 외측 차폐 도전체들(760)을 포함하고, 여기서 동축 케이블들의 섹션들은 도 8b에 도시된 것과 같이 각각의 2개의 인접한 동축 케이블 섹션들 사이에 갭(770)을 구비하도록 배열된다. 갭(770)은 코어(730) 주위에 폐도전 루프의 형성을 방지한다. 또 도 8b에는 ECC(740)의 갭(780)이 도시되어 있다. 갭(780)은 또 바람직하게는 코어(730) 주위에 폐도전 루프가 형성되는 것을 방지한다.
동축 케이블들의 외측차폐 도전체들(760)은 바람직하게는 동축 케이블들의 인접 섹션들의 외측 차폐 도전체들(760)의 인접 섹션들 사이의 전기 도전성 접속물(790), 및 바람직하게는 갭(770) 가까이에 위치되어 있는 ECC(740)와 외측 차폐 도전체들(760) 사이의 전기 도전성 접속물들(800)을 구비한다. ECC(740)는 바람직하게는 전기 도전성 접속물(도시하지 않음)을 통해 로컬 그라운드(810)에 접속된다.
도 1a 내지 도 3의 MID(100), 도 4의 MID(300), 도 5a의 MID(400), 도 7a 및 도 7b의 MID(500), 및 도 8a 및 도 8b의 MID(700) 각각은 바람직하게는 변압기; 바 룬(Balun); 전기 전력 분배기; 전력 분할기; 전력 결합기(electrical power combiner); 공통 모드 초크(common-mode (CM) choke); 자기 유도 컴포넌트에 기초한 혼합 디바이스; 및 변조기 중 적어도 하나를 포함하거나 포함된다.
변조기는 자기 유도 컴포넌트들에 기초한 변조기를 포함할 수 있다.
혼합 디바이스는 밸런스드 및 더블 밸런스드 혼합 디바이스를 포함할 수 있다. 혼합 디바이스는 무선 주파수(RF) 및 마이크로파 응용 예를 들면, RP 수신기에 사용될 수 있다. 혼합 디바이스의 동작 및 응용들에 대한 논의는 예를 들면 http://my.integritynet.com.au/purdic/dbl_bal_mix.htm의 "더블 밸런스드 혼합기들 및 바룬들(Double Balanced Mixers and Baluns)" 제목의 이안 푸디의 아마츄어 무선 강의 페이지들(Ian Purdie's Amateur Radio Tutorial Pages)에서 또는 www.microwaves101.com/encyclopedia/mixersdoublebalanced.cfm에 있는 설명에서 발견할 수 있다.
MID들(100, 300, 400, 500, 700) 중 어느 하나가 변압기를 포함하는 경우에, 이와 같은 MID는 이더넷 통신 시스템(도시하지 않음)의 라인 종단 유닛(line termination unit; LTU)(도시하지 않음)에 포함되며, 여기서 LTU는 예를 들면 근거리 통신망(LAN) 마그네틱과 통합되는 RJ45 커넥터(도시하지 않음)를 포함하나 이에 한정되는 것은 아니며, RJ45 통합 커넥터는 전형적으로 LAN들 또는 개인 통신망(personal area networks; PANs)에 사용된다. 이와 같은 경우에, MID는 바람직하게는 RJ45 커넥터에 포함되고 및/또는 연결되고 CM 신호들의 거부에 있어서의 우수한 성능으로 인해 복수의 종래의 변압기들, 자동 변압기들 및 CM 초크들을 대체하 고, 따라서, MID들(100, 300, 400, 500, 700) 각각은 LTU들에서 자기 성분들의 복잡성을 감소시킬 수 있다. 고주파수 응용들을 위한 LTU들에서 자기 성분들의 복잡성을 감소시키는 일 예(이에 한정되지 않음)가 도 9a 및 도 9b를 참조하여 기술된다.
종래의 MID들 및 종래의 MID 디자인들과는 대조적으로, MID들(100, 300, 400, 500, 700) 각각은 누설 인덕턴스의 제어 개선 및 공통-모드 거부의 개선 모두를 제공하며, 이들 모두는 단일 디바이스에 기초함을 알 수 있다. MID들(100, 300, 400, 500, 700) 각각에 있어서, 각각의 접지된 ECC는 (a) 특정 체적내에 자속을 유폐하여(confinement) 상대적으로 높은 주파수까지 누설 인덕턴스를 감소시키고, 근접 공동 위치로의 요구없이 1차 및 2차 권선들 사이의 전자기적으로 결합을 증가시키거나 1차 및 2차 권선의 인터리빙; 및 (b) 공통-모드 거부의 향상의 양자를 포함하는 2중 기능을 가진다
POE(Power-over- Ethernet)도 지원하는 100/lOOOBaseT 이더넷 인터페이스 회로에 대한 종래의 자기 모듈의 전기 회로(900)를 나타낸 도면인 도 9a, 및 본 발명의 최선의 실시예에 따른 접지된 ECC를 채용하는 변압기를 포함하고, 본 발명의 최선의 실시예에 따라 구성되고 동작하는 MID의 전기 회로(1000)를 나타낸 도면인 도 9b를 참조한다.
POE는 100 메가비트/초, 1기가비트/초((Gbit/sec) 이상의 데이터 전송속도로 이더넷 통신을 하기 위해 오늘날 고려되는 응용이다. 도 9a의 회로(900)는 수 십 MHz의 주파수에서 상대적으로 적은 양의 CM 거부를 제공하는 라인 변압기(910), 수 십 MHz 이상의 주파수에서 증가된 CM 거부를 위한 CM 초크(920), 및 직류(DC) 주입을 위한 중심 탭을 가진 자동 변압기(930)를 구비하는 3개의 MID들을 나타낸다. 자동 변압기(930)는 CM 초크(920)의 권선들을 통한 DC 전류 흐름을 방지하여 CM 초크(920)의 포화를 방지하기 위해 사용된다. 라인 변압기(910), CM 초크(920), 및 자동 변압기(930)의 코어들은 참조 번호(940, 950, 960)로 각각 나타낸다. 자동 변압기(930)는 레지스터(970) 및 커패시터(930)를 포함하는 공통-모드 신호들을 위한 종단(termination)을 가진다. 직접 그라운드 접속이 로컬 그라운드(990)로의 이와 같은 R-C 종단의 참조를 위해 제공된다.
본 발명의 최선의 실시예에 따르면, 도 9b의 회로(1000)는 1차 전기 권선(1010), 2차 전기 권선(1020), 코어(1030), 및 로컬 그라운드(1060)에 전기 접속물들(1050)을 통해 전기적으로 접속되거나 접합되는 ECC(1040)를 가진 단일 MID를 구비한다. 회로(1000)는 또 공통 모드 종단 레지스터(1080) 및 커패시터(1090)를 통한 로컬 그라운드(1070)로의 접속을 갖는다. 공통 모드 종단 레지스터(1080) 및 커패시터(1090)를 통한 로컬 그라운드(1070)로의 상기 접속은 도 9a의 회로(900)에서 레지스터(970) 및 커패시터(980)를 통한 로컬 그라운드(990)로의 접속과 동일한 목적을 위해 사용된다.
그러므로, 회로(1000)는 2가지 유형의 로컬 그라운드 접속 즉, 공통-모드 종단 목적을 가진 로컬 그라운드(1070)로의 접속; 및 공통-모드 거부를 향상시키기 위한 목적을 갖는 다른 로컬 그라운드(1060)로의 접속을 가진다. 몇몇 실제 응용들에서 로컬 그라운드(1060) 및 로컬 그라운드(1070)는 동일한 로컬 그라운드를 포함 할 수 있음을 알 수 있다.
ECC(1040) 및 로컬 그라운드(1060)로의 ECC(1040)의 접속으로 인해 회로(1000)는 CM 신호 거부 능력들을 향상시켜 회로(1000)의 단일 MID는 LAN 및 특히 POE 마그네틱 응용에 대한 회로(900)의 3개의 MID 모두를 대체할 수 있다는 것을 알 수 있다. 본 발명의 발명자들은 본 발명에 따른 접지된 ECC를 채용하는 단일 MID는 100MHz까지의 주파수들에서 60dB 이상의 CM 신호 거부, 및 1000MHz(1GHz)까지의 주파수들에서 30dB 이상의 CM 신호 거부를 제공할 수 있고, 한편 도 9a를 참조하여 기술된 3개의 MID들을 채용하는 상업적으로 이용가능한 MID들은 100MHz까지의 주파수들에서 단지 40dB CM 거부를 제공할 수 있고 1GHz까지의 주파수들에서 20dB CM 신호 거부를 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 접지된 ECC를 채용하는 단일 MID는 더 단순하고 비용 효율적인 구성을 가지며, 더 양호한 밸런스를 달성할 수 있게 하고 그 결과 상업적으로 이용가능한 MID들에 대해 향상된 CM-디퍼런셜 모드(differential mode; DM) 변환 패러미터들을 달성하는 것을 가능하게 한다.
회로(900)와 회로(1000) 사이의 CM 신호 거부 성능의 중요한 차이는 MID의 단순 접지가 양호한 CM 신호 거부 성능을 얻는 데 충분하지 않다는 것을 나타낸다. 본 발명의 발명자들을 MID의 CM 신호 거부 성능의 중요한 개선이 MID에서 ECC를 정교하게 구현하고 도 1a, 1b, 3-5b, 및 7a-8b를 참조하여 위에서 기술한 것과 같이 로컬 그라운드에 ECC를 전기적으로 접속함으로써 얻어질 수 있다는 것을 발견했다.
접지된 ECC를 채용하는 인덕터(1100)를 포함하고 본 발명의 최선의 실시예에 따라 구성되고 동작하는 MID의 최선의 구현예의 단순화된 도면인 도 10을 참조한 다.
인덕터(1100)는 바람직하게는 전기 권선(1110); 자기 코어(1120)와 같은 코어; 및 ECC(1130)을 구비한다. ECC(1130)는 폐도전 루프를 형성하지 않고 코어(1120)를 적어도 부분적으로 둘러싸고 전기 권선(1110)은 ECC(1130) 위에 감긴다. 전기 권선(1110)은 도 1a의 MID(100)의 권선들(110, 120)을 참조하여 위에서 언급한 것과 같은 절연 와이어들 또는 절연 도전체들을 포함할 수 있다.
몇몇 실제 응용들에서 ECC(1130)는 로컬 그라운드로부터 분리되어 플로팅된채로 있을 수 있고, 따라서 코어(1120) 및 권선(1110)으로부터 자속이 누설되는 것을 방지할 수 있음을 알 수 있다.
다르게는, ECC(1130)가 로컬 그라운드(1140)에 도전적으로 접속되어 추가의 전기 실드를 제공할 수 있다. 로컬 그라운드(1140)에 대한 접속은 예를 들면 도 1a의 ECC(140)를 도 1a의 로컬 그라운드(150)에 전기적으로 접속하는 데 사용되는 접속물들 중 하나와 유사한 접속물에 의해 구현될 수 있다. 로컬 그라운드(1140)는 바람직하게는 도 1a를 참조하여 위에서 언급한 로컬 그라운드(150)와 유사하다.
바람직하게는, 도 1a - 도 3의 ECC(140), 도 4의 ECC(330), 도 5a의 ECC(440), 도 7a 및 도 7a의 ECC(560), 도 8a 및 도 8b의 ECC들(740, 750), 도 9b의 ECC(1040), 및 도 10의 ECC(1130)는 도전성 메시로서의 구현, 도전성 페인트 또는 다른 도전성 증착의 하나 이상의 층들로서의 구현, 도전면으로서의 구현 등을 포함하는 임의의 적절한 방식으로 구현될 수 있다. 다르게는 또는 부가적으로, ECC들(140, 330, 440, 560, 740, 750, 1040, 1130) 각각은 다수의 금속층들의 증착에 의해 또는 전기-화학적 형성에 의해 각 전기 권선들과 함께 구현될 수 있다.
도 1, 3-5a 및 7a-8b의 MID들 중 어느 하나를 구성하기 위한 최선의 방법의 단순화된 플로차트를 나타낸 도면인 도 11를 참조한다.
도 11의 방법은 바람직하게는 자기 유도 디바이스에서 누설 인덕턴스를 감소시키고 CM 신호 거부를 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 바람직하게는, 도 11의 방법은 적어도 하나의 1차 전기 권선 및 적어도 하나의 2차 전기 권선을 제공하는 단계(단계 1200), 적어도 하나의 1차 전기 권선 및 적어도 하나의 2차 전기 권선이, 폐도전 루프를 형성하지 않고 ECC에 의해 자기적으로 결합되는 코어를 적어도 부분적으로 둘러싸는 단계(단계 1210), 및 ECC를 로컬 그라운드에 전기적으로 접속시키는 단계(단계 1220)를 포함한다.
감소된 금속 손실을 가지며 리본 케이블을 포함하는 MID를 구성하기 위한 최선의 방법의 단순화된 플로차트를 나타낸 도면인 도 12를 참조한다.
바람직하게는, 도 12의 방법은 리본 케이블을 제공하는 단계(단계1300), 리본 케이블내의 모든 와이어들에 걸쳐 도전 경로를 생성하도록 리본 케이블내의 인접 와이어들에 적어도 한 위치에서 리본 케이블내의 각 와이어를 전기적으로 접속하는 단계(단계 1310), 및 자기 유도 디바이스의 전기 권선을 생성하도록 자기 유도 디바이스의 코어 주위에 리본 케이블을 감는 단계(단계 1320)를 포함한다.
도 10의 인덕터(1100)를 구성하는 최선의 방법의 단순화된 플로차트를 나타낸 도면인 도 13을 참조한다.
도 13의 방법은 바람직하게는 인덕터(1100)에서 누설 인덕턴스를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 바람직하게는, 도 13의 방법은 폐도전 루프를 형성하지 않고 ECC에 의해 코어를 적어도 부분적으로 둘러싸는 단계(단계 1400), 및 전기 와이어를 ECC 위에 감는 단계(단계 1410)를 포함한다.
명확하게 하기 위해 별도의 실시예들과 연계하여 기술된 본 발명의 여러 특징들은 또한 단일 실시예에 조합하여 제공될 수 있음을 알 수 있다. 역으로, 간단히 하기 위해 단일 실시예와 연계하여 기술된 본 발명의 여러 특징들은 또 분리되어 또는 임의의 적절한 부분조합으로 제공될 수 있다.
본 발명은 특히 위에 나타내고 기술된 것에 의해 한정되지 않는다는 것을 이 기술 분야에서 숙련된 사람은 알 수 있을 것이다. 오히려 본 발명의 범위는 다음의 청구항들에 의해 정의된다.

Claims (20)

  1. 적어도 하나의 1차 전기 권선;
    적어도 하나의 2차 전기 권선; 및
    로컬 그라운드(local ground)에 전기적으로 접속되고, 폐도전 루프(closed conductive loop)를 형성하지 않고 상기 적어도 하나의 1차 전기 권선 및 상기 적어도 하나의 2차 전기 권선이 자기적으로 결합되는 코어를 적어도 부분적으로 둘러싸는 전기 도전성 커버(electrically-conductive cover; ECC)를 포함하는 자기 유도 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 ECC는:
    상기 적어도 하나의 1차 전기 권선에 의해 둘러싸인 코어 섹션;
    상기 적어도 하나의 2차 전기 권선에 의해 둘러싸인 코어 섹션; 및
    상기 적어도 하나의 1차 전기 권선과 상기 적어도 하나의 2차 전기 권선 사이의 코어 섹션을 적어도 부분적으로 둘러싸는 자기 유도 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 ECC는:
    상기 적어도 하나의 1차 전기 권선에 근접한 상기 ECC의 외측 표면으로부터 상기 코어에 근접한 상기 ECC의 내측 표면으로 상기 적어도 하나의 1차 전기 권선에 의해 유도된 표면 전류들에 대한 도전 경로를 제공하도록 상기 권선 아래에서 상기 적어도 하나의 1차 전기 권선에 의해 둘러싸인 상기 코어 섹션을 둘러싸는 자기 유도 디바이스.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 ECC는
    상기 코어에 근접한 상기 ECC의 내측 표면으로부터 상기 2차 전기 권선에 근접한 상기 ECC의 외측 표면으로 상기 코어내의 자속(magnetic flux)에 의해 유도된 표면 전류들에 대한 도전 경로를 제공하도록 상기 권선 아래에서 상기 적어도 하나의 2차 전기 권선에 의해 둘러싸인 상기 코어 섹션을 둘러싸는 자기 유도 디바이스.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 ECC는
    상기 1차 전기 권선에 의해 둘러싸인 상기 코어 섹션 및 상기 2차 전기 권선에 의해 둘러싸인 상기 코어 섹션을 상기 권선들 위로부터 둘러싸고, 상기 1차 전기 권선으로부터 방출되는 자속의 누설을 실질적으로 방지하기 위해 상기 권선들의 적어도 일부의 권선 절연물(winding insulation)과 실질적으로 접촉하는 자기 유도 디바이스.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 ECC는:
    직접 접속;
    커패시터를 통한 접속; 및
    저 임피던스 회로를 통한 접속 중 적어도 하나를 통해 상기 로컬 그라운드에 전기적으로 접속되는 자기 유도 디바이스.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로컬 그라운드는:
    로컬 도전성 섀시 그라운드(local conductive chassis ground);
    호스트 장비의 실드(shield of host equipment);
    호스트 장비의 하우징;
    대형 인쇄 회로 접지면(massive printed circuit ground plane); 및
    대형 도전 플레이트 중 적어도 하나를 포함하는 자기 유도 디바이스.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    변압기;
    바룬(Balun);
    전기 전력 분배기;
    전력 분할기;
    전력 결합기(electrical power combiner);
    공통 모드 초크(common-mode (CM) choke);
    자기 유도 컴포넌트들에 기초한 혼합 디바이스; 및
    변조기 중 적어도 하나를 포함하는 자기 유도 디바이스.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 ECC는
    상기 적어도 하나의 1차 전기 권선과 상기 적어도 하나의 2차 전기 권선 사이에 있는 코어 섹션을 따라 적어도 한 위치에서 상기 로컬 그라운드에 전기적으로 접속되는 자기 유도 디바이스.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어는
    상기 코어내에 윈도(window)를 정의하는 자속을 위한 폐경로를 포함하고, 상기 윈도는 히트 싱크(heat-sink)를 포함하는 전기 도전성 매체로 적어도 부분적으로 충전되고 상기 로컬 그라운드에 접속되는 자기 유도 디바이스.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 1차 전기 권선 및 상기 적어도 하나의 2차 전기 권선 중 적어도 하나는, 리본 케이블내의 모든 와이어들에 걸쳐 도전 경로를 생성하도록 각각의 와이어가 리본 케이블내의 인접 와이어들에, 적어도 한 위치에서, 전기적으로 접속되는 리본 케이블을 포함하는 자기 유도 디바이스.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 1차 전기 권선 및 상기 적어도 하나의 2차 전기 권선 중 적어도 하나는, 도전체를 증착한 다음 상기 도전체를 절연시키는 절연층을 증착하는 데 사용되는 금속 증착 기술에 의해 제조되는 절연된 도전체를 포함하는 자기 유도 디바이스.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 1차 전기 권선 및 상기 적어도 하나의 2차 전기 권선 중 적어도 하나의 적어도 일부는, 동축 케이블의 내측 도전체를 포함하고, 상기 자기 유도 디바이스는 상기 동축 케이블의 외측 차폐 도전체를 포함하는 추가 ECC를 포함하고, 상기 동축 케이블은 상기 코어 주위에 폐도전 루프를 형성하지 않도록 배열되는 자기 유도 디바이스.
  14. 제 1 리본 케이블내의 모든 와이어들을 통해 도전 경로를 생성하도록 각각의 와이어가 상기 제 1 리본 케이블내의 인접 와이어들에, 적어도 하나의 위치에서, 전기적으로 접속되는 상기 제 1 리본 케이블을 포함하는 1차 전기 권선; 및
    제 2 리본 케이블내의 모든 와이어들을 통해 도전 경로를 생성하도록 각각의 와이어가 상기 제 2 리본 케이블내의 인접 와이어들에, 적어도 하나의 위치에서, 전기적으로 접속되는 상기 제 2 리본 케이블을 포함하는 2차 전기 권선을 포함하는 자기 유도 디바이스.
  15. 이더넷 통신(Ethernet communication)에 사용되고 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항의 자기 유도 디바이스를 포함하는 라인 종단 유닛(line termination unit; LTU).
  16. 폐도전 루프를 형성하지 않고 코어를 적어도 부분적으로 둘러싸는 전기 도전성 커버(ECC); 및
    상기 ECC 상에 감긴 전기 권선을 포함하는 인덕터.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 ECC는 접지되어 있는 인덕터.
  18. 적어도 하나의 1차 전기 권선 및 적어도 하나의 2차 전기 권선을 제공하는 단계;
    상기 적어도 하나의 1차 전기 권선 및 상기 적어도 하나의 2차 전기 권선이 폐도전 루프를 형성하지 않고 전기 도전성 커버(ECC)에 의해 자기적으로 결합되는 코어를 적어도 부분적으로 둘러싸는 단계; 및
    상기 ECC를 로컬 그라운드에 전기적으로 접속시키는 단계를 포함하는, 자기 유도 디바이스에서 누설 인덕턴스의 감소 및 공통-모드(CM) 신호 거부를 증가시키는 방법.
  19. 리본 케이블을 제공하는 단계;
    상기 리본 케이블내의 모든 와이어들을 통해 도전 경로를 생성하도록 상기 리본 케이블내의 각 와이어를 상기 리본 케이블내의 인접 와이어들에 적어도 하나 의 위치에서 전기적으로 접속시키는 단계; 및
    자기 유도 디바이스의 전기 권선을 생성하도록 자기 유도 디바이스의 코어 주위에 상기 리본 케이블을 감싸는 단계를 포함하는, 자기 유도 디바이스에서 금속 손실을 감소시키는 방법.
  20. 폐도전 루프를 형성하지 않고 전기 도전성 커버(ECC)에 의해 코어를 적어도 부분적으로 둘러싸는 단계; 및
    상기 ECC 위에 전기 권선을 감는 단계를 포함하는, 인덕터에서 누설 인덕턴스를 감소시키는 방법.
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