信号辩别器制造技术

本发明专利技术提供了一个能够利用Ｍｎ－Ｚｎ－基铁氧体介电常数变化的信号辨别器。该信号辨别器所包括的软磁材料具有电阻电抗Ｃ，该软磁材料的复数相对介电常数会随着频率而改变，从而使得复数相对介电常数的实部ε１在低频区很大，而在高频去很小。在电抗分量Ｘ２中，低频区的电容电抗Ｃ相对于电感电抗Ｌ是不可忽略的，其结果就在于由电容电抗Ｃ和电感电抗Ｌ所组成的并联电路所代表的电抗分量Ｘ２会减小，电容电抗Ｃ的影响在高频区会减小。这样，电抗分量Ｘ２就会比传统软磁材料的电抗分量Ｘ１减小得更多，并且Ｘ－Ｒ交叉点频率也会移向比传统Ｘ－Ｒ交叉点频率ＸＲ１更低的频率，从而就使得存在噪声的频段里的噪声被转化成热能，也就减轻了由高频噪声所导致的波形畸变。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一个信号辨别器，更确切的是一个具有优秀的噪声阻拦特性且没有波形畸变的信号辨别器。
技术介绍
随着电子器件的尺寸越来越小、性能越来越好，减小由信号线和电源线这样的电缆所带来的辐射噪声以及电缆中和传输中所存在的传导噪声就变得越来越重要。图8所表示的传统信号辨别器就是一般被用来抑制这些噪声的最简单和最容易的方法。根据图8，信号辨别器包括一个圆柱形或者螺线形的磁芯2、覆盖该磁芯2的绝缘体3，该信号辨别器被附在信号线或电源线这样的电缆1上，这样电缆1就会穿过磁芯2。所述的圆柱形或螺线形磁芯2可以是图9(a)那样的一个整体2，或者也可以像图9(b)那样由两块2a和2b组成，这两种方式都形成了一个封闭的磁路。图10(a)和10(b)分别表示了用软磁材料所构成的磁芯的磁导率μ和阻抗Z的特性曲线，其是频率的函数。由于纯电阻分量(R)可以归结成虚磁导率(μ”)，该磁芯在高频带实现了高频噪声吸收效应(将在下文中讲述)，所以就可以被用作信号辨别器来将信号从噪声中辨别出来。具有上述特性的磁芯的阻抗Z一般会用磁导率μ表示成下面的形式Z＝R+jX(公式1)μ＝μ’+jμ”(公式2)其中，X是由磁导率μ的实部μ’所产生的电抗分量，它与电感成正比，R是由磁导率μ虚部μ”所产生的电阻分量，它包括线组电阻、磁芯损耗以及其它类似。如上所述，X和R实际上分别包括了绕组对绕组电容和磁芯对绕组电容。根据图10(a)，磁导率μ被表示成实部μ’和虚部μ”。实部μ’会在高频带减小，从而也就失去了电感的性质，而虚部μ”会在某个频率处开始增加，达到最大值，然后开始减小。虚部μ”在信号辨别器中就像纯电阻分量一样，所以高频带的信号或噪声就被作为热能而消耗掉。根据图10(b)，电抗分量X在低频带中是占主导地位的，而虚部μ”会在高频带中逐渐增大，从而使得电阻分量R变成主导。电抗分量会反射噪声，而电阻分量则会将噪声转化成热能。电抗分量X会将电缆中的噪声反射回电缆的输入端，从而就防止了噪声在电缆中的进一步传播，但是被反射的噪声有可能会变成其它的噪声源并最终发展成辐射噪声。另一方面，电阻分量R是通过将噪声转化成热能来消耗噪声的，这就防止了噪声的进一步发展。相应的，去除噪声就最好是通过转化成热能的方式来实现。电抗分量X与电阻分量R相等时的频率被称为“X-R交叉点频率”，在具有相同阻抗特性的信号辨别器中，具有X-R交叉点频率的信号辨别器在减小噪声方面将会更加有效。为了达到图10(a)和10(b)所示的频率特性，一般是采用具有高电阻率的Ni-Zn-基铁氧体来组成磁芯。然而，由于原材料包含Ni，所以Ni-Zn-基铁氧体是非常昂贵的，用它制作的信号辨别器的成本也就会增加。另一方面，Mn-Zn-基铁氧体是比较廉价的，但由于Fe3+和Fe2+之间(离子之间)的电子输运过程，所以这种材料的电阻率只有0.1到1Ωm，而且涡流损耗在低频带就已经开始增大，这使得Mn-Zn铁氧体的实际应用最多仅限于几百kHz。在高于几百kHz的频率范围中，Mn-Zn铁氧体的磁导率(初始磁导率)会有明显下降，所以也就彻底失去了软磁材料的特性。同时，为了防止由电阻率所导致的绝缘无效，就需要使用覆盖层或者绝缘层，从而就提高了成本。为了解决上述问题，例如日本专利申请公开No.H05-283223就提出了一种信号辨别器，该辨别器所使用的磁芯是在传统的通用制作工艺下用相对便宜的无Ni材料(Mn-Zn-基铁氧体)制成的。这样形成的磁芯不仅便宜，而且还可以获得与昂贵的Ni-Zn-基磁芯基本等价的磁导率和阻抗关于频率的特性，这样就提供了一个经济的信号辨别器。上述磁芯的主要成分为(a)20到35mol％MgO、(b)10到20mol％ZnO、(c)3到10mol％MnO、以及(4)40到50mol％Fe2O3；以及添加物(e)0到2(0除外)重量％的CuO、Bi2，以及O3。然而，上述解决方案却具有下面这些问题。由于传统的Ni-Zn-基磁芯具有高电阻率和优秀的高频特性，所以线圈的谐振频率就很高，X-R交叉点频率一般是10MHz向上。从而，如果将传统的Ni-Zn-基磁芯加到一个具有高输入阻抗电路的输入信号电缆上，该电路的高Q值(损耗系数的倒数)就会使数字信号受到瞬时扰动、下冲、过冲的影响，从而信号的波形就会发生畸变，这里所述的高输入阻抗电路例如是C-MOS反相器，它具有几个pF的静电容。这里，由于上述日本专利公开No.H05-283223的目的是让磁导率和阻抗的频率特性与传统Ni-Zn-基磁芯基本等价，所以传统Ni-Zn-基磁芯中的信号波形畸变问题也会存在于上述磁芯中。此外，由于所述磁芯在饱和通量密度这样的磁特性上比其它磁性材料要差，所以，为了得到信号辨别器的等价性能，磁芯的尺寸就必须增大。特别的，当用在有大电流的电源线以及存在脉动电流或冲击噪声的问题时，该磁芯就需要进一步增大尺寸以防止磁饱和。本专利技术就是在考虑到上述问题的情况下而产生的，本专利技术所提供的信号辨别器的一个目的就在于利用Mn-Zn-基铁氧体介电常数的变化，从而得到与传统Ni-Zn-基磁芯相等价的阻抗特性，同时所述信号辨别器还在高频噪声频带具有很高的电阻率，从而就可以减小由高频噪声所导致的波形畸变。
技术实现思路
如上所述，传统磁芯的阻抗是由公式1和2来表示的。另一方面，日本电子材料制造商协会(Electronic Materials ManufacturersAssociation of Japan)的《Ceramic substrate for electronic circuit》(200到201页)指出，当把静电场加到衬底上时，该磁性衬底可以被完全当成磁性材料，但当给该磁性衬底同时加上高频的电磁场，例如加上微波时，该磁性材料不仅会表现出磁性，还会表现出电介质的特性。此外，铁氧体的介电常数在低频(kHz频带或更低)的时候可以达到几千的量级，大多数铁氧体在1MHz向上的频率中就超出色散现象，很多铁氧体在微波频带中的介电常数一般为10到15之间。注意到上述事实，本专利技术的专利技术者提高了用不含Ni等的相对廉价的软磁材料所组成的磁芯的电阻率，还让复数相对介电常数的实部在低于流过电缆的电信号频率的频带中很大，而在高于所述电信号频率的频带中很小，同时还可以使用传统的通用制造工艺。这样的结果就在于，即使磁芯是由不含Ni等的相对廉价软磁物质所组成的，信号频率波段的涡流损耗也可以通过增大电阻率来减小，同时由于复数相对介电常数会随着频率而变化，所以信号辨别器的电阻分量就会在低频带很小而在噪声信号频带很大，从而就可以减轻由高频噪声所带来的波形畸变。特别的，为了达到上述目标，根据本专利技术的权利要求1，用软磁材料构成以形成一个封闭磁路的信号辨别器附在一个电缆上，该电缆会穿过所述封闭磁路，所述辨别器会让电信号流过电缆并将流过电缆的噪声阻挡下来，所述的软磁材料的复数相对介电常数会随频率而变化，当频率低于流过电缆的电信号的频率时，复数相对介电常数的实部会很大，而当频率高于所述电信号频率时，复数相对介电常数的实部会很小。根据本专利技术的权利要求2，在权利要求1所述的信号辨别器中，软磁材料的复数相对介电常数在1kHz处为1,000到20,000，在1MHz处为50向下。根据本专利技术的权利要本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用软磁材料构成的形成一个封闭磁路的信号辨别器，该辨别器连附在一个电缆上，使所述电缆穿过所述封闭磁路，所述辨别器让电信号流过所述电缆并且将流过电缆的噪声阻止下来，其特征在于，所述的软磁材料的复数相对介电常数随频率而变化，当频率低于 流过所述电缆的电信号的频率时所述复数相对介电常数的实部很大，当频率高于所述电信号频率时所述复数相对介电常数的实部很小。

【技术特征摘要】
1.一种用软磁材料构成的形成一个封闭磁路的信号辨别器，该辨别器连附在一个电缆上，使所述电缆穿过所述封闭磁路，所述辨别器让电信号流过所述电缆并且将流过电缆的噪声阻止下来，其特征在于，所述的软磁材料的复数相对介电常数随频率而变化，当频率低于流过所述电缆的电信号的频率时所述复数相对介电常数的实部很大，当频率高于所述电信号频率时所述复数相对介电常数的实部很小。2.根据权利要求1的信号辨别器，其中软磁材料的复数相对介电常数的实部在1kHz处为1,000到20,000，在1MHz处为50以下。3.根据权利要求1或2的信号辨别器，其中的软磁材料是Mn-Zn铁氧体...

【专利技术属性】
技术研发人员：小林修，山田修，铃木行夫，伊藤清，白井麻由佳，
申请(专利权)人：美蓓亚株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]