ziņas

Bieži sastopama situācija: projektētājs ievieto ferīta lodītes ķēdē, kurā ir EMC problēmas, lai konstatētu, ka lodītes patiešām pasliktina nevēlamo troksni. Kā tas varētu būt? Vai ferīta lodītēm nevajadzētu novērst trokšņa enerģiju, nepasliktinot problēmu?
Atbilde uz šo jautājumu ir diezgan vienkārša, taču tā var nebūt plaši saprotama, izņemot tos, kuri lielāko daļu laika pavada, risinot EMI problēmas. Vienkārši sakot, ferīta lodītes nav ferīta lodītes, nevis ferīta lodītes utt. Lielākā daļa ferīta lodīšu ražotāju nodrošina tabula, kurā norādīts to daļas numurs, pretestība noteiktā frekvencē (parasti 100 MHz), līdzstrāvas pretestība (DCR), maksimālā nominālā strāva un daži izmēri Informācija (sk. 1. tabulu).Viss ir gandrīz standarta. Kas nav parādīts datos lapa ir materiāla informācija un attiecīgie frekvences veiktspējas raksturlielumi.
Ferīta lodītes ir pasīva ierīce, kas var noņemt no ķēdes trokšņa enerģiju siltuma veidā. Magnētiskās lodītes rada pretestību plašā frekvenču diapazonā, tādējādi novēršot visu vai daļu no nevēlamās trokšņa enerģijas šajā frekvenču diapazonā. Līdzstrāvas sprieguma lietojumiem ( piemēram, IC Vcc līnija), ir vēlama zema līdzstrāvas pretestības vērtība, lai izvairītos no lieliem jaudas zudumiem vajadzīgajā signālā un/vai sprieguma vai strāvas avotā (I2 x DCR zudums). Tomēr ir vēlams, lai būtu augsta pretestība noteiktos definētos frekvenču diapazonos.Tāpēc pretestība ir saistīta ar izmantoto materiālu (caurlaidību), ferīta lodītes izmēru, tinumu skaitu un tinumu struktūru.Acīmredzot noteiktā korpusa izmērā un konkrētajā izmantotajā materiālā. , jo vairāk tinumu, jo lielāka pretestība, taču, tā kā iekšējās spoles fiziskais garums ir lielāks, tas radīs arī lielāku līdzstrāvas pretestību.Šīs sastāvdaļas nominālā strāva ir apgriezti proporcionāla tās līdzstrāvas pretestībai.
Viens no ferīta lodīšu izmantošanas pamataspektiem EMI lietojumos ir tāds, ka komponentam jābūt pretestības fāzē. Ko tas nozīmē? Vienkārši sakot, tas nozīmē, ka “R” (maiņstrāvas pretestībai) ir jābūt lielākai par “XL” (induktīvai). Frekvencēs, kur XL> R (zemākā frekvence), komponents vairāk atgādina induktivitāti, nevis rezistoru. Pie frekvences R> XL daļa darbojas kā rezistors, kas ir nepieciešamais ferīta lodīšu raksturlielums. frekvenci, pie kuras “R” kļūst lielāka par “XL”, sauc par “šķērsošanas” frekvenci. Tas ir parādīts 1. attēlā, kur šajā piemērā pārejas frekvence ir 30 MHz un ir atzīmēta ar sarkanu bultiņu.
Vēl viens veids, kā to aplūkot, ir komponenta faktiskā veiktspēja tās induktivitātes un pretestības fāzēs. Tāpat kā citos lietojumos, kur induktora pretestība nav saskaņota, daļa ienākošā signāla tiek atspoguļota atpakaļ avotā. nodrošina zināmu aizsardzību jutīgajam aprīkojumam ferīta lodītes otrā pusē, bet tas arī ievada ķēdē “L”, kas var izraisīt rezonansi un svārstības (zvana signālus). Tāpēc, kad magnētiskās lodītes joprojām ir induktīvas, daļa no trokšņa enerģijas tiks atspoguļota un daļa trokšņa enerģijas pāries, atkarībā no induktivitātes un pretestības vērtībām.
Kad ferīta lodītes atrodas pretestības fāzē, komponents uzvedas kā rezistors, tāpēc tas bloķē trokšņa enerģiju un absorbē šo enerģiju no ķēdes un absorbē to siltuma veidā. Lai gan tas ir konstruēts tāpat kā daži induktori, izmantojot tas pats process, ražošanas līnija un tehnoloģija, mašīnas un daži no tiem pašiem komponentu materiāliem, ferīta lodītes izmanto ferīta materiālus ar zudumiem, savukārt induktoros izmanto zemu zudumu dzelzs skābekļa materiālu.Tas ir parādīts līknē 2. attēlā.
Attēlā parādīts [μ''], kas atspoguļo zudumu ferīta lodīšu materiāla uzvedību.
Fakts, ka pretestība ir norādīta pie 100 MHz, ir arī daļa no atlases problēmas. Daudzos EMI gadījumos pretestība šajā frekvencē nav būtiska un maldinoša. Šī "punkta" vērtība nenorāda, vai pretestība palielinās vai samazinās. , kļūst plakana, un pretestība sasniedz maksimālo vērtību pie šīs frekvences un neatkarīgi no tā, vai materiāls joprojām atrodas induktivitātes fāzē vai ir pārvērties pretestības fāzē. Patiesībā daudzi ferīta lodīšu piegādātāji izmanto vairākus materiālus vienai un tai pašai ferīta lodītei, vai vismaz tā, kā parādīts datu lapā.Skatiet 3. attēlu. Visas 5 līknes šajā attēlā ir paredzētas dažādām 120 omu ferīta lodītēm.
Pēc tam lietotājam ir jāiegūst pretestības līkne, kas parāda ferīta lodītes frekvences raksturlielumus. Tipiskas pretestības līknes piemērs ir parādīts 4. attēlā.
4. attēlā parādīts ļoti svarīgs fakts. Šī daļa ir apzīmēta kā 50 omu ferīta lodītes ar 100 MHz frekvenci, bet tās pārejas frekvence ir aptuveni 500 MHz, un tā sasniedz vairāk nekā 300 omi diapazonā no 1 līdz 2,5 GHz. apskatot datu lapu, lietotājs par to nezinās un var būt maldinošs.
Kā parādīts attēlā, materiālu īpašības atšķiras. Ir daudz ferīta variantu, ko izmanto, lai izgatavotu ferīta lodītes. Dažiem materiāliem ir lieli zudumi, platjoslas, augstas frekvences, zemi ievietošanas zudumi un tā tālāk. 5. attēlā parādīta vispārējā grupēšana pēc pielietojuma frekvence un pretestība.
Vēl viena izplatīta problēma ir tā, ka shēmas plates dizaineri dažkārt aprobežojas ar ferīta lodīšu atlasi savā apstiprināto komponentu datubāzē. Ja uzņēmumam ir tikai dažas ferīta lodītes, kas ir apstiprinātas lietošanai citos produktos un tiek uzskatītas par apmierinošām, daudzos gadījumos, nav nepieciešams novērtēt un apstiprināt citus materiālus un detaļu numurus. Nesenā pagātnē tas ir vairākkārt izraisījis iepriekš aprakstītās sākotnējās EMI trokšņa problēmas saasinošas sekas. Iepriekš efektīvā metode var būt piemērojama nākamajam projektam, vai arī tā var nebūt efektīva. Nevar vienkārši sekot iepriekšējā projekta EMI risinājumam, it īpaši, ja mainās vajadzīgā signāla frekvence vai mainās potenciālo izstarojošo komponentu, piemēram, pulksteņa iekārtu, frekvence.
Ja paskatās uz divām pretestības līknēm 6. attēlā, varat salīdzināt divu līdzīgu norādīto daļu materiālo ietekmi.
Šo divu komponentu pretestība pie 100 MHz ir 120 omi. Detaļai kreisajā pusē, izmantojot “B” materiālu, maksimālā pretestība ir aptuveni 150 omi, un tā tiek realizēta pie 400 MHz. Detaļai labajā pusē , izmantojot “D” materiālu, maksimālā pretestība ir 700 omi, kas tiek sasniegta pie aptuveni 700 MHz. Taču lielākā atšķirība ir pārejas frekvencē. Īpaši lieli zudumi “B” materiāls pāriet pie 6 MHz (R> XL) , savukārt ļoti augstfrekvences “D” materiāls paliek induktīvs aptuveni 400 MHz. Kura daļa ir pareizākā lietošanai? Tas ir atkarīgs no katra atsevišķa lietojuma.
7. attēlā parādītas visas izplatītākās problēmas, kas rodas, ja EMI nomākšanai ir atlasītas nepareizas ferīta lodītes. Nefiltrētais signāls parāda 474,5 mV zemu 3,5 V, 1 uS impulsu.
Izmantojot lielu zudumu tipa materiālu (centra diagramma), mērījuma zemākais rādītājs palielinās, jo daļai ir augstāka pārslēgšanas frekvence. Signāla zemākais rādītājs palielinājās no 474,5 mV līdz 749,8 mV. Super High Loss materiālam ir zema krustošanas frekvence un laba veiktspēja. Tas būs īstais materiāls, ko izmantot šajā lietojumprogrammā (attēls pa labi). Zemā vērtība, izmantojot šo daļu, ir samazināta līdz 156,3 mV.
Palielinoties līdzstrāvai caur lodītēm, serdes materiāls sāk piesātināties. Induktoriem to sauc par piesātinājuma strāvu un norāda kā procentuālo induktivitātes vērtības kritumu. Ferīta lodītēm, kad daļa atrodas pretestības fāzē, piesātinājuma efekts izpaužas kā pretestības vērtības samazināšanās ar frekvenci. Šis pretestības kritums samazina ferīta lodīšu efektivitāti un to spēju novērst EMI (AC) troksni. 8. attēlā parādīts tipisku līdzstrāvas nobīdes līkņu kopums ferīta lodītēm.
Šajā attēlā ferīta lodītes nominālais spriegums ir 100 omi pie 100 MHz. Tā ir tipiskā izmērītā pretestība, kad daļai nav līdzstrāvas. Tomēr var redzēt, ka pēc līdzstrāvas pielikšanas (piemēram, IC VCC). ieeja), efektīvā pretestība strauji samazinās. Iepriekš minētajā līknē 1,0 A strāvai efektīvā pretestība mainās no 100 omiem līdz 20 omiem. 100 MHz. Varbūt ne pārāk kritiski, bet tas, kam jāpievērš uzmanība projektētājam. Līdzīgi, izmantojot tikai elektrisko raksturlielumu datus komponentu piegādātāja datu lapā, lietotājs neapzinās šo līdzstrāvas novirzes parādību.
Tāpat kā augstfrekvences RF induktoriem, ferīta lodītes iekšējās spoles tinuma virziens ļoti ietekmē lodītes frekvences raksturlielumus. Tinuma virziens ne tikai ietekmē attiecības starp pretestību un frekvences līmeni, bet arī maina frekvences reakciju. 9. attēlā ir parādītas divas 1000 omu ferīta lodītes ar vienādu korpusa izmēru un tādu pašu materiālu, bet ar divām dažādām tinumu konfigurācijām.
Kreisās daļas spoles ir uztītas vertikālajā plaknē un sakrautas horizontālā virzienā, kas rada lielāku pretestību un augstāku frekvences reakciju nekā labās puses daļa, kas uztīta horizontālā plaknē un sakrauta vertikālā virzienā. Tas ir daļēji saistīts ar uz zemāku kapacitatīvo pretestību (XC), kas saistīta ar samazinātu parazītisko kapacitāti starp gala spaili un iekšējo spoli. Zemāks XC radīs augstāku pašrezonanses frekvenci un pēc tam ļaus ferīta lodītes pretestībai turpināt palielināties, līdz tā sasniedz augstāku pašrezonanses frekvenci, kas ir augstāka par ferīta lodītes standarta struktūru Pretestības vērtība.Iepriekšminēto divu 1000 omu ferīta lodīšu līknes ir parādītas 10. attēlā.
Lai vēl vairāk parādītu pareizas un nepareizas ferīta lodīšu izvēles ietekmi, mēs izmantojām vienkāršu testa shēmu un testa paneli, lai parādītu lielāko daļu iepriekš apspriestā satura. 11. attēlā testa panelis parāda trīs ferīta lodīšu pozīcijas un atzīmētos testa punktus. “A”, “B” un “C”, kas atrodas attālumā no raidītāja izvades (TX) ierīces.
Signāla integritāti mēra ferīta lodīšu izejas pusē katrā no trim pozīcijām un atkārto ar divām ferīta lodītēm, kas izgatavotas no dažādiem materiāliem. Pirmais materiāls, zemas frekvences zudumu “S” materiāls, tika pārbaudīts punktos. “A”, “B” un “C”. Pēc tam tika izmantots augstākas frekvences “D” materiāls. Rezultāti no punkta līdz punktam, izmantojot šīs divas ferīta lodītes, ir parādīti 12. attēlā.
"Caur" nefiltrētais signāls tiek parādīts vidējā rindā, attiecīgi uz augšu un uz krītošām malām parādot zināmu pārsniegumu un zemu. Var redzēt, ka, izmantojot iepriekšminētajiem testa apstākļiem pareizo materiālu, zemākas frekvences zuduma materiāls uzrāda labu pārsniegumu. un zemfrekvences signāla uzlabošana augošajā un krītošajā malā. Šie rezultāti ir parādīti 12. attēla augšējā rindā. Augstfrekvences materiālu izmantošanas rezultāts var izraisīt zvana signālu, kas pastiprina katru līmeni un palielina nestabilitātes periodu. Šie testa rezultāti ir parādīts apakšējā rindā.
Aplūkojot EMI uzlabošanos ar frekvenci ieteicamajā augšējā daļā (12. attēls) horizontālajā skenēšanā, kas parādīta 13. attēlā, var redzēt, ka visām frekvencēm šī daļa ievērojami samazina EMI tapas un samazina kopējo trokšņu līmeni pie 30 līdz aptuveni 350 MHz diapazonā pieņemamais līmenis ir daudz zem EMI robežas, kas iezīmēta ar sarkano līniju. Šis ir vispārējais regulējošais standarts B klases iekārtām (FCC 15. daļa Amerikas Savienotajās Valstīs). Ferīta lodītēs izmantotais “S” materiāls tiek īpaši izmantots šīm zemākajām frekvencēm. Var redzēt, ka, tiklīdz frekvence pārsniedz 350 MHz, “S” materiālam ir ierobežota ietekme uz sākotnējo, nefiltrēto EMI trokšņa līmeni, taču tas samazina 750 MHz būtisku pieaugumu par aptuveni 6 dB. Ja galvenā EMI trokšņa problēmas daļa ir lielāka par 350 MHz, jums apsveriet iespēju izmantot augstākas frekvences ferīta materiālus, kuru maksimālā pretestība spektrā ir augstāka.
Protams, no visiem zvana signāliem (kā parādīts 12. attēla apakšējā līknē) parasti var izvairīties, izmantojot faktiskās veiktspējas pārbaudes un/vai simulācijas programmatūru, taču ir cerība, ka šis raksts ļaus lasītājiem apiet daudzas izplatītas kļūdas un samazināt nepieciešamību izvēlieties pareizo ferīta lodītes laiku un nodrošiniet “izglītotāku” sākumpunktu, kad ir nepieciešamas ferīta lodītes, lai palīdzētu atrisināt EMI problēmas.
Visbeidzot, vislabāk ir apstiprināt ferīta lodīšu sēriju vai sēriju, nevis tikai vienu daļas numuru, lai nodrošinātu lielāku izvēli un dizaina elastību. Jāņem vērā, ka dažādi piegādātāji izmanto dažādus materiālus, un ir jāpārskata katra piegādātāja frekvences veiktspēja. , it īpaši, ja vienam projektam tiek veikti vairāki pirkumi. Pirmo reizi to ir viegli izdarīt, taču, kad detaļas ir ievadītas komponentu datu bāzē ar kontroles numuru, tās var izmantot jebkur. Svarīgi ir tas, ka dažādu piegādātāju detaļu frekvences veiktspēja ir ļoti līdzīga, lai novērstu iespēju nākotnē izmantot citus lietojumus. Problēma radās. Labākais veids ir iegūt līdzīgus datus no dažādiem piegādātājiem un vismaz iegūt pretestības līkni. Tas arī nodrošinās, ka EMI problēmas risināšanai tiek izmantotas pareizās ferīta lodītes.
Kriss Bērkets strādā TDK kopš 1995. gada un tagad ir vecākais lietojumprogrammu inženieris, kurš atbalsta lielu skaitu pasīvo komponentu. Viņš ir bijis iesaistīts produktu dizainā, tehniskajā pārdošanā un mārketingā. Bērkets ir rakstījis un publicējis tehniskos rakstus daudzos forumos.Mr. Burkets ir ieguvis trīs ASV patentus par optiskiem/mehāniskiem slēdžiem un kondensatoriem.
In Compliance ir galvenais ziņu, informācijas, izglītības un iedvesmas avots elektrotehnikas un elektroniskās inženierijas speciālistiem.
Aviācija, automobiļi, sakari, plaša patēriņa elektronika, izglītība, enerģētika un enerģētika, informācijas tehnoloģija, medicīniskā militārā un valsts aizsardzība