balita

Isang karaniwang sitwasyon: Ang isang inhinyero ng disenyo ay naglalagay ng isang ferrite bead sa isang circuit na nakakaranas ng mga problema sa EMC, para lamang makita na ang butil ay talagang nagpapalala ng hindi gustong ingay. Paano ito magiging?
Ang sagot sa tanong na ito ay medyo simple, ngunit maaaring hindi ito lubos na nauunawaan maliban sa mga gumugugol ng halos lahat ng oras sa paglutas ng mga problema sa EMI. Sa madaling salita, ang ferrite beads ay hindi ferrite beads, hindi ferrite beads, atbp. isang talahanayan na naglilista ng kanilang numero ng bahagi, impedance sa ilang partikular na dalas (karaniwan ay 100 MHz), DC resistance (DCR), pinakamataas na kasalukuyang na-rate at ilang dimensyon Impormasyon (tingnan ang Talahanayan 1). Ang lahat ay halos pamantayan. Ano ang hindi ipinapakita sa data sheet ay ang materyal na impormasyon at ang kaukulang dalas ng pagganap na mga katangian.
Ang ferrite beads ay isang passive device na maaaring mag-alis ng enerhiya ng ingay mula sa circuit sa anyo ng init. Ang magnetic beads ay bumubuo ng impedance sa isang malawak na hanay ng frequency, at sa gayon ay inaalis ang lahat o bahagi ng hindi gustong enerhiya ng ingay sa frequency range na ito. Para sa mga aplikasyon ng boltahe ng DC ( tulad ng linya ng Vcc ng isang IC), kanais-nais na magkaroon ng mababang halaga ng resistensya ng DC upang maiwasan ang malaking pagkawala ng kuryente sa kinakailangang signal at/o boltahe o kasalukuyang pinagmumulan (I2 x DCR loss). Gayunpaman, ito ay kanais-nais na magkaroon ng mataas na impedance sa ilang tinukoy na mga saklaw ng dalas.Samakatuwid, ang impedance ay nauugnay sa materyal na ginamit (permeability), ang laki ng ferrite bead, ang bilang ng mga windings, at ang paikot-ikot na istraktura. Malinaw, sa isang ibinigay na laki ng pabahay at partikular na materyal na ginamit , mas maraming windings, mas mataas ang impedance, ngunit dahil mas mahaba ang pisikal na haba ng internal coil, magbubunga din ito ng mas mataas na resistensya ng DC. Ang kasalukuyang rate ng bahaging ito ay inversely proportional sa DC resistance nito.
Isa sa mga pangunahing aspeto ng paggamit ng ferrite beads sa mga EMI application ay ang component ay dapat nasa resistance phase. Ano ang ibig sabihin nito? Sa madaling salita, nangangahulugan ito na ang "R" (AC resistance) ay dapat na mas malaki kaysa sa "XL" (inductive reactance).Sa mga frequency kung saan ang XL> R (mas mababang frequency), ang bahagi ay mas katulad ng isang inductor kaysa sa isang risistor.Sa dalas ng R> XL, ang bahagi ay kumikilos bilang isang risistor, na isang kinakailangang katangian ng ferrite beads.Ang frequency kung saan ang "R" ay nagiging mas malaki kaysa sa "XL" ay tinatawag na "crossover" frequency. Ito ay ipinapakita sa Figure 1, kung saan ang crossover frequency ay 30 MHz sa halimbawang ito at minarkahan ng isang pulang arrow.
Ang isa pang paraan upang tingnan ito ay sa mga tuntunin ng kung ano ang aktwal na gumaganap ng bahagi sa panahon ng inductance at resistance phase nito. Gaya ng iba pang mga application kung saan ang impedance ng inductor ay hindi tugma, bahagi ng papasok na signal ay makikita pabalik sa pinagmulan. magbigay ng ilang proteksyon para sa sensitibong kagamitan sa kabilang panig ng ferrite bead, ngunit ipinapasok din nito ang "L" sa circuit, na maaaring magdulot ng resonance at oscillation (ring). Samakatuwid, kapag ang magnetic beads ay likas na pasaklaw, bahagi. ng enerhiya ng ingay ay masasalamin at ang bahagi ng enerhiya ng ingay ay lilipas, depende sa mga halaga ng inductance at impedance.
Kapag ang ferrite bead ay nasa resistive phase nito, ang bahagi ay kumikilos tulad ng isang risistor, kaya hinaharangan nito ang enerhiya ng ingay at sinisipsip ang enerhiya na iyon mula sa circuit, at sinisipsip ito sa anyo ng init. ang parehong proseso, linya ng produksyon at teknolohiya, makinarya, at ilan sa mga parehong sangkap na materyales, ang ferrite beads ay gumagamit ng lossy ferrite na materyales, habang ang mga inductors ay gumagamit ng low loss na iron Oxygen material. Ito ay ipinapakita sa curve sa Figure 2.
Ipinapakita ng figure ang [μ''], na sumasalamin sa pag-uugali ng lossy ferrite bead material.
Ang katotohanan na ang impedance ay ibinibigay sa 100 MHz ay ​​bahagi din ng problema sa pagpili. Sa maraming kaso ng EMI, ang impedance sa dalas na ito ay hindi nauugnay at nakaliligaw. Ang halaga ng "puntong" na ito ay hindi nagpapahiwatig kung ang impedance ay tumataas, bumababa. , nagiging flat, at ang impedance ay umabot sa pinakamataas na halaga nito sa dalas na ito, at kung ang materyal ay nasa yugto pa rin ng inductance nito o nabago sa yugto ng paglaban nito. Sa katunayan, maraming mga supplier ng ferrite bead ang gumagamit ng maraming materyales para sa parehong ferrite bead, o hindi bababa sa tulad ng ipinapakita sa data sheet.Tingnan ang Figure 3. Ang lahat ng 5 curves sa figure na ito ay para sa iba't ibang 120 ohm ferrite beads.
Pagkatapos, ang dapat makuha ng user ay ang impedance curve na nagpapakita ng frequency na katangian ng ferrite bead. Ang isang halimbawa ng tipikal na impedance curve ay ipinapakita sa Figure 4.
Ang Figure 4 ay nagpapakita ng isang napakahalagang katotohanan. Ang bahaging ito ay itinalaga bilang isang 50 ohm ferrite bead na may dalas na 100 MHz, ngunit ang crossover frequency nito ay humigit-kumulang 500 MHz, at nakakamit nito ang higit sa 300 ohms sa pagitan ng 1 at 2.5 GHz. Muli, lamang ang pagtingin sa data sheet ay hindi magpapaalam sa user nito at maaaring nakakapanlinlang.
Tulad ng ipinapakita sa figure, ang mga katangian ng mga materyales ay nag-iiba. Maraming mga variant ng ferrite na ginagamit upang gumawa ng ferrite beads. Ang ilang mga materyales ay mataas na pagkawala, broadband, mataas na frequency, mababang pagkawala ng insertion at iba pa. Ipinapakita ng Figure 5 ang pangkalahatang pagpapangkat ayon sa dalas ng aplikasyon at impedance.
Ang isa pang karaniwang problema ay kung minsan ang mga taga-disenyo ng circuit board ay limitado sa pagpili ng mga ferrite beads sa kanilang naaprubahang component database. hindi kinakailangang suriin at aprubahan ang iba pang mga materyales at numero ng bahagi. Sa kamakailang nakaraan, paulit-ulit itong humantong sa ilang mga nagpapalubha na epekto ng orihinal na problema sa ingay ng EMI na inilarawan sa itaas. Ang dating epektibong paraan ay maaaring naaangkop sa susunod na proyekto, o ito maaaring hindi epektibo. Hindi mo basta-basta maaaring sundin ang EMI solution ng nakaraang proyekto, lalo na kapag nagbabago ang dalas ng kinakailangang signal o ang dalas ng mga potensyal na bahagi ng pag-radiate gaya ng pagbabago ng kagamitan sa orasan.
Kung titingnan mo ang dalawang impedance curves sa Figure 6, maaari mong ihambing ang mga materyal na epekto ng dalawang magkatulad na itinalagang bahagi.
Para sa dalawang sangkap na ito, ang impedance sa 100 MHz ay ​​120 ohms. Para sa bahagi sa kaliwa, gamit ang materyal na "B", ang maximum na impedance ay humigit-kumulang 150 ohms, at ito ay natanto sa 400 MHz. Para sa bahagi sa kanan , gamit ang "D" na materyal, ang maximum na impedance ay 700 ohms, na nakakamit sa humigit-kumulang 700 MHz. Ngunit ang pinakamalaking pagkakaiba ay ang crossover frequency. Ang ultra-high loss na "B" na materyal na mga transition sa 6 MHz (R> XL) , habang ang napakataas na dalas ng "D" na materyal ay nananatiling pasaklaw sa humigit-kumulang 400 MHz. Aling bahagi ang tamang gamitin? Depende ito sa bawat indibidwal na aplikasyon.
Ipinapakita ng Figure 7 ang lahat ng karaniwang problema na nangyayari kapag ang mga maling ferrite beads ay pinili upang sugpuin ang EMI. Ang hindi na-filter na signal ay nagpapakita ng 474.5 mV undershoot sa isang 3.5V, 1 uS pulse.
Sa resulta ng paggamit ng high-loss type na materyal (center plot), tumataas ang undershoot ng pagsukat dahil sa mas mataas na crossover frequency ng bahagi. Ang signal undershoot ay tumaas mula 474.5 mV hanggang 749.8 mV. Ang materyal na Super High Loss ay may mababang crossover frequency at magandang performance.Ito ang magiging tamang materyal na gagamitin sa application na ito (larawan sa kanan). Ang undershoot gamit ang bahaging ito ay nabawasan sa 156.3 mV.
Habang tumataas ang direktang kasalukuyang sa pamamagitan ng mga kuwintas, ang pangunahing materyal ay nagsisimulang magbabad. Para sa mga inductor, ito ay tinatawag na saturation current at tinukoy bilang isang porsyentong pagbaba sa halaga ng inductance. Para sa ferrite beads, kapag ang bahagi ay nasa yugto ng paglaban, ang Ang epekto ng saturation ay makikita sa pagbaba ng halaga ng impedance na may dalas. Ang pagbaba ng impedance na ito ay binabawasan ang bisa ng ferrite beads at ang kanilang kakayahang alisin ang ingay ng EMI (AC). Ipinapakita ng Figure 8 ang isang set ng tipikal na DC bias curves para sa ferrite beads.
Sa figure na ito, ang ferrite bead ay na-rate sa 100 ohms sa 100 MHz. Ito ang tipikal na sinusukat na impedance kapag ang bahagi ay walang DC current. Gayunpaman, makikita na kapag ang isang DC current ay inilapat (halimbawa, para sa IC VCC input), ang epektibong impedance ay bumaba nang husto.Sa curve sa itaas, para sa isang kasalukuyang 1.0 A, ang epektibong impedance ay nagbabago mula 100 ohms hanggang 20 ohms.100 MHz. Marahil ay hindi masyadong kritikal, ngunit isang bagay na dapat bigyang pansin ng inhinyero ng disenyo. Katulad nito, sa pamamagitan lamang ng paggamit ng data ng elektrikal na katangian ng bahagi sa data sheet ng supplier, hindi malalaman ng user ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ng DC bias.
Tulad ng high-frequency RF inductors, ang paikot-ikot na direksyon ng inner coil sa ferrite bead ay may malaking impluwensya sa mga katangian ng dalas ng bead. Ang direksyon ng paikot-ikot ay hindi lamang nakakaapekto sa relasyon sa pagitan ng impedance at frequency level, ngunit nagbabago din sa frequency response. Sa Figure 9, dalawang 1000 ohm ferrite beads ang ipinapakita na may parehong laki ng pabahay at parehong materyal, ngunit may dalawang magkaibang mga configuration ng paikot-ikot.
Ang mga coils ng kaliwang bahagi ay nasugatan sa patayong eroplano at nakasalansan sa pahalang na direksyon, na gumagawa ng mas mataas na impedance at mas mataas na frequency response kaysa sa bahagi sa kanang bahagi na sugat sa pahalang na eroplano at nakasalansan sa patayong direksyon. Ito ay bahagyang dahil sa mas mababang capacitive reactance (XC) na nauugnay sa pinababang parasitic capacitance sa pagitan ng end terminal at internal coil. umabot sa mas mataas na dalas ng self-resonance, na mas mataas kaysa sa karaniwang istraktura ng ferrite bead Ang halaga ng impedance. Ang mga kurba ng nasa itaas na dalawang 1000 ohm ferrite beads ay ipinapakita sa Figure 10.
Upang higit pang ipakita ang mga epekto ng tama at maling pagpili ng ferrite bead, gumamit kami ng simpleng test circuit at test board upang ipakita ang karamihan sa nilalamang tinalakay sa itaas. Sa Figure 11, ipinapakita ng test board ang mga posisyon ng tatlong ferrite beads at ang mga test point na minarkahan "A", "B" at "C", na matatagpuan sa layo mula sa transmitter output (TX) device.
Ang integridad ng signal ay sinusukat sa output side ng ferrite beads sa bawat isa sa tatlong posisyon, at inuulit gamit ang dalawang ferrite beads na gawa sa iba't ibang materyales. Ang unang materyal, isang low-frequency lossy na "S" na materyal, ay sinubukan sa mga punto "A", "B" at "C". Susunod, ginamit ang mas mataas na dalas na materyal na "D". Ang mga resulta ng point-to-point gamit ang dalawang ferrite bead na ito ay ipinapakita sa Figure 12.
Ang "through" na hindi na-filter na signal ay ipinapakita sa gitnang row, na nagpapakita ng ilang overshoot at undershoot sa tumataas at bumabagsak na mga gilid, ayon sa pagkakabanggit. Makikita na ang paggamit ng tamang materyal para sa mga kundisyon ng pagsubok sa itaas, ang mas mababang frequency lossy na materyal ay nagpapakita ng magandang overshoot at i-undershoot ang pagpapabuti ng signal sa tumataas at bumabagsak na mga gilid. Ang mga resultang ito ay ipinapakita sa itaas na hilera ng Figure 12. Ang resulta ng paggamit ng mga high-frequency na materyales ay maaaring magdulot ng pag-ring, na nagpapalaki sa bawat antas at nagpapataas ng panahon ng kawalang-tatag. Ang mga resulta ng pagsubok na ito ay ipinapakita sa ibabang hilera.
Kapag tinitingnan ang pagpapabuti ng EMI na may dalas sa inirerekumendang itaas na bahagi (Larawan 12) sa pahalang na pag-scan na ipinapakita sa Figure 13, makikita na para sa lahat ng mga frequency, ang bahaging ito ay makabuluhang binabawasan ang mga spike ng EMI at binabawasan ang pangkalahatang antas ng ingay sa 30 sa humigit-kumulang Sa hanay na 350 MHz, ang katanggap-tanggap na antas ay mas mababa sa limitasyon ng EMI na naka-highlight ng pulang linya.Ito ang pangkalahatang pamantayan sa regulasyon para sa kagamitan ng Class B (FCC Part 15 sa United States). Ang materyal na "S" ay may limitadong epekto sa orihinal, hindi na-filter na antas ng ingay ng EMI, ngunit binabawasan nito ang malaking spike sa 750 MHz ng humigit-kumulang 6 dB. Kung ang pangunahing bahagi ng problema sa ingay ng EMI ay mas mataas sa 350 MHz, kailangan mong isaalang-alang ang paggamit ng mas mataas na dalas ng ferrite na materyales na ang pinakamataas na impedance ay mas mataas sa spectrum.
Siyempre, ang lahat ng pag-ring (tulad ng ipinapakita sa ibabang curve ng Figure 12) ay karaniwang maiiwasan sa pamamagitan ng aktwal na pagsubok sa pagganap at/o simulation software, ngunit inaasahan na ang artikulong ito ay magbibigay-daan sa mga mambabasa na laktawan ang maraming karaniwang pagkakamali at bawasan ang pangangailangan na piliin ang tamang ferrite bead Time, at magbigay ng mas "educated" na panimulang punto kapag kailangan ang ferrite beads upang makatulong sa paglutas ng mga problema sa EMI.
Sa wakas, pinakamahusay na aprubahan ang isang serye o serye ng mga ferrite beads, hindi lamang isang solong numero ng bahagi, para sa higit pang mga pagpipilian at flexibility ng disenyo. Dapat tandaan na ang iba't ibang mga supplier ay gumagamit ng iba't ibang mga materyales, at ang dalas ng pagganap ng bawat supplier ay dapat suriin , lalo na kapag maraming pagbili ang ginawa para sa parehong proyekto. Medyo madali itong gawin sa unang pagkakataon, ngunit kapag naipasok na ang mga bahagi sa database ng bahagi sa ilalim ng isang control number, maaari na silang magamit kahit saan.Ang mahalagang bagay ay ang dalas ng pagganap ng mga bahagi mula sa iba't ibang mga supplier ay halos kapareho upang maalis ang posibilidad ng iba pang mga aplikasyon sa hinaharap Ang problema ay naganap. Ang pinakamahusay na paraan ay upang makakuha ng katulad na data mula sa iba't ibang mga supplier, at hindi bababa sa magkaroon ng isang impedance curve. Titiyakin din nito na ang tamang ferrite beads ay ginagamit upang malutas ang iyong problema sa EMI.
Si Chris Burket ay nagtatrabaho sa TDK mula noong 1995 at ngayon ay isang senior application engineer, na sumusuporta sa isang malaking bilang ng mga passive components.Siya ay kasangkot sa disenyo ng produkto, teknikal na pagbebenta at marketing.Mr.Ang Burket ay nagsulat at naglathala ng mga teknikal na papel sa maraming forum.Mr.Nakakuha si Burket ng tatlong patent sa US sa mga optical/mechanical switch at capacitor.
Ang In Compliance ang pangunahing pinagmumulan ng balita, impormasyon, edukasyon at inspirasyon para sa mga propesyonal sa electrical at electronic engineering.
Aerospace Automotive Communications Consumer Electronics Education Enerhiya at Power Industry Information Technology Medical Military at National Defense