haberler

Yaygın bir durum: Bir tasarım mühendisi, EMC sorunları yaşayan bir devreye bir ferrit boncuk yerleştirir, ancak bu boncuğun aslında istenmeyen gürültüyü daha da kötüleştirdiğini bulur. Bu nasıl olabilir? Ferrit boncukların, sorunu daha da kötüleştirmeden gürültü enerjisini ortadan kaldırması gerekmez mi?
Bu sorunun cevabı oldukça basittir ancak zamanının çoğunu EMI problemlerini çözmeye harcayanlar dışında geniş çapta anlaşılmayabilir. Basitçe söylemek gerekirse, ferrit boncuklar ferrit boncuklar, ferrit boncuklar vb. değildir. Çoğu ferrit boncuk üreticisi, parça numaralarını, belirli bir frekanstaki empedansı (genellikle 100 MHz), DC direncini (DCR), maksimum nominal akımı ve bazı boyutları listeleyen bir tablo. Bilgi (bkz. Tablo 1). Her şey neredeyse standarttır. Verilerde gösterilmeyenler sayfa, malzeme bilgileri ve karşılık gelen frekans performans özellikleridir.
Ferrit boncuklar, gürültü enerjisini devreden ısı şeklinde çıkarabilen pasif bir cihazdır. Manyetik boncuklar geniş bir frekans aralığında empedans oluşturarak bu frekans aralığındaki istenmeyen gürültü enerjisinin tamamını veya bir kısmını ortadan kaldırır. DC voltaj uygulamaları için ( bir IC'nin Vcc hattı gibi), gerekli sinyal ve/veya voltaj veya akım kaynağında (I2 x DCR kaybı) büyük güç kayıplarını önlemek için düşük bir DC direnç değerine sahip olmak arzu edilir. Ancak, belirli tanımlanmış frekans aralıklarında yüksek empedans. Bu nedenle empedans, kullanılan malzemeye (geçirgenlik), ferrit boncuk boyutuna, sargı sayısına ve sargı yapısına bağlıdır. Açıkçası, belirli bir muhafaza boyutunda ve kullanılan özel malzeme ne kadar çok sargı olursa, empedans da o kadar yüksek olur, ancak iç bobinin fiziksel uzunluğu daha uzun olduğundan, bu aynı zamanda daha yüksek bir DC direnci de üretecektir. Bu bileşenin nominal akımı, onun DC direnciyle ters orantılıdır.
EMI uygulamalarında ferrit boncuk kullanmanın temel yönlerinden biri, bileşenin direnç aşamasında olması gerektiğidir. Bu ne anlama geliyor? Basitçe ifade etmek gerekirse, bu, “R”nin (AC direncinin) “XL”den (endüktif) daha büyük olması gerektiği anlamına gelir. reaktans).XL> R (düşük frekans) frekanslarında, bileşen bir dirençten çok bir indüktöre benzer. R> XL frekansında, parça, ferrit boncukların gerekli bir özelliği olan bir direnç gibi davranır. “R”nin “XL”den büyük olduğu frekansa “çaprazlama” frekansı denir. Bu, Şekil 1'de gösterilmektedir, burada çaprazlama frekansı bu örnekte 30 MHz'dir ve kırmızı okla işaretlenmiştir.
Buna bakmanın başka bir yolu da bileşenin endüktans ve direnç aşamaları sırasında gerçekte ne yaptığıdır. İndüktör empedansının eşleşmediği diğer uygulamalarda olduğu gibi, gelen sinyalin bir kısmı kaynağa geri yansıtılır. Ferrit boncuğun diğer tarafındaki hassas ekipman için bir miktar koruma sağlar, ancak aynı zamanda devreye "L" de sokar, bu da rezonans ve salınımlara (zil sesi) neden olabilir. Bu nedenle, manyetik boncuklar doğası gereği hala endüktif olduğunda, kısmen Endüktans ve empedans değerlerine bağlı olarak gürültü enerjisinin bir kısmı yansıtılacak ve gürültü enerjisinin bir kısmı geçecektir.
Ferrit boncuk direnç fazındayken bileşen bir direnç gibi davranır, böylece gürültü enerjisini bloke eder ve bu enerjiyi devreden emerek ısı şeklinde emer. Her ne kadar bazı indüktörlerle aynı şekilde yapılmış olsa da, aynı proses, üretim hattı ve teknoloji, makineler ve aynı bileşen malzemelerinden bazıları, ferrit boncuklar kayıplı ferrit malzemeleri kullanırken, indüktörler düşük kayıplı demir Oksijen malzemesi kullanır. Bu, Şekil 2'deki eğride gösterilmektedir.
Şekilde kayıplı ferrit boncuk malzemesinin davranışını yansıtan [μ''] gösterilmektedir.
Empedansın 100 MHz'de verilmesi de seçim probleminin bir parçasıdır. Birçok EMI durumunda bu frekanstaki empedans alakasız ve yanıltıcıdır. Bu "nokta"nın değeri empedansın artıp artmadığını, azaldığını göstermez. , düzleşir ve empedans bu frekansta en yüksek değerine ulaşır ve malzemenin hala endüktans fazında mı yoksa direnç fazına mı dönüştüğüne bakılır. Aslında, birçok ferrit boncuk tedarikçisi aynı ferrit boncuk için birden fazla malzeme kullanır veya en azından veri sayfasında gösterildiği gibi. Bkz. Şekil 3. Bu şekildeki 5 eğrinin tümü farklı 120 ohm ferrit boncuklar içindir.
Daha sonra kullanıcının elde etmesi gereken şey, ferrit boncuğun frekans özelliklerini gösteren empedans eğrisidir. Tipik bir empedans eğrisi örneği Şekil 4'te gösterilmektedir.
Şekil 4 çok önemli bir gerçeği göstermektedir. Bu parça, 100 MHz frekansına sahip 50 ohm'luk bir ferrit boncuk olarak tasarlanmıştır, ancak geçiş frekansı yaklaşık 500 MHz'dir ve 1 ile 2,5 GHz arasında 300 ohm'dan fazlasına ulaşır. Yine, sadece Veri sayfasına bakmak kullanıcıya bunu bildirmeyecektir ve yanıltıcı olabilir.
Şekilde gösterildiği gibi malzemelerin özellikleri farklılık göstermektedir. Ferrit boncukları yapmak için kullanılan ferritin birçok çeşidi vardır. Bazı malzemeler yüksek kayıplı, geniş bantlı, yüksek frekanslı, düşük ekleme kaybı vb.'dir. Şekil 5, genel gruplandırmayı göstermektedir. uygulama frekansı ve empedansı.
Diğer bir yaygın sorun ise devre kartı tasarımcılarının bazen onaylı bileşen veritabanlarındaki ferrit boncuk seçimiyle sınırlı olmasıdır. Şirketin diğer ürünlerde kullanılması onaylanmış ve tatmin edici kabul edilen yalnızca birkaç ferrit boncuk varsa, çoğu durumda, diğer malzemeleri ve parça numaralarını değerlendirmek ve onaylamak gerekli değildir. Yakın geçmişte bu, yukarıda açıklanan orijinal EMI gürültü sorununun bazı ağırlaştırıcı etkilerine defalarca yol açmıştır. Daha önce etkili olan yöntem bir sonraki projeye uygulanabilir veya etkili olmayabilir. Özellikle gerekli sinyalin frekansı değiştiğinde veya saat ekipmanı gibi potansiyel yayılan bileşenlerin frekansı değiştiğinde, önceki projenin EMI çözümünü basitçe takip edemezsiniz.
Şekil 6'daki iki empedans eğrisine bakarsanız, benzer şekilde belirlenmiş iki parçanın malzeme etkilerini karşılaştırabilirsiniz.
Bu iki bileşen için 100 MHz'deki empedans 120 ohm'dur. “B” malzemesi kullanıldığında soldaki kısım için maksimum empedans yaklaşık 150 ohm olup 400 MHz'de gerçekleştirilir. Sağdaki kısım için "D" malzemesi kullanıldığında maksimum empedans 700 ohm'dur ve bu yaklaşık 700 MHz'de elde edilir. Ancak en büyük fark geçiş frekansıdır. Ultra yüksek kayıplı "B" malzemesi 6 MHz'de geçiş yapar (R> XL) , çok yüksek frekanslı “D” malzemesi ise 400 MHz civarında endüktif kalır. Hangi parçanın kullanılması doğrudur? Her bir uygulamaya bağlıdır.
Şekil 7, EMI'yi bastırmak için yanlış ferrit boncuklar seçildiğinde ortaya çıkan tüm genel sorunları göstermektedir. Filtrelenmemiş sinyal, 3,5V, 1 uS darbede 474,5 mV hedefin altında kalmayı göstermektedir.
Yüksek kayıplı tipte bir malzeme (merkez grafiği) kullanılması sonucunda parçanın geçiş frekansının yüksek olması nedeniyle ölçümün hedefinin altında kalması artar. Sinyal hedefinin altında kalması 474,5 mV'den 749,8 mV'ye çıkmıştır. Süper Yüksek Kayıplı malzeme, Düşük geçiş frekansı ve iyi performans. Bu uygulamada kullanılacak doğru malzeme olacaktır (sağdaki resim). Bu parçayı kullanarak hedefin altında kalma değeri 156,3 mV'a düşürülür.
Boncuklardan geçen doğru akım arttıkça çekirdek malzemesi doymaya başlar. İndüktörler için buna doyma akımı denir ve endüktans değerindeki yüzdesel düşüş olarak belirtilir. Ferrit boncuklar için parça direnç fazındayken, doygunluğun etkisi, frekansla birlikte empedans değerindeki azalmaya yansır. Empedanstaki bu düşüş, ferrit boncukların etkinliğini ve EMI (AC) gürültüsünü ortadan kaldırma yeteneklerini azaltır. Şekil 8, ferrit boncuklar için bir dizi tipik DC öngerilim eğrilerini gösterir.
Bu şekilde, ferrit boncuk 100 MHz'de 100 ohm olarak derecelendirilmiştir. Bu, parçanın DC akımı olmadığında ölçülen tipik empedanstır. Bununla birlikte, bir DC akımı uygulandığında (örneğin, IC VCC için) görülebilir. giriş), etkin empedans keskin bir şekilde düşer. Yukarıdaki eğride 1,0 A akım için etkin empedans 100 ohm'dan 20 ohm'a 100 MHz arasında değişir. Belki çok kritik değil ama tasarım mühendisinin dikkat etmesi gereken bir şey. Benzer şekilde sadece elektriksel karakteristik verilerini kullanarak Bileşenin tedarikçinin veri sayfasında yer alması durumunda kullanıcı bu DC yanlılığı olgusunun farkına varmayacaktır.
Yüksek frekanslı RF indüktörleri gibi, ferrit boncuktaki iç bobinin sarım yönü, boncuğun frekans özellikleri üzerinde büyük etkiye sahiptir. Sargı yönü yalnızca empedans ile frekans seviyesi arasındaki ilişkiyi etkilemez, aynı zamanda frekans tepkisini de değiştirir. Şekil 9'da, aynı mahfaza boyutuna ve aynı malzemeye, ancak iki farklı sargı konfigürasyonuna sahip iki adet 1000 ohm'luk ferrit boncuk gösterilmektedir.
Sol taraftaki bobinler dikey düzlemde sarılır ve yatay yönde istiflenir; bu, yatay düzlemde sarılan ve dikey yönde istiflenen sağ taraftaki kısımdan daha yüksek empedans ve daha yüksek frekans tepkisi üretir. uç terminal ile dahili bobin arasındaki azaltılmış parazitik kapasitansla ilişkili daha düşük kapasitif reaktansa (XC). Daha düşük bir XC, daha yüksek bir kendi kendine rezonans frekansı üretecek ve daha sonra ferrit boncuğun empedansının, bu değere ulaşıncaya kadar artmaya devam etmesine izin verecektir. Ferrit boncuğun standart yapısından daha yüksek bir öz rezonans frekansına ulaşır. Empedans değeri. Yukarıdaki iki 1000 ohm'luk ferrit boncuğun eğrileri Şekil 10'da gösterilmektedir.
Doğru ve yanlış ferrit boncuk seçiminin etkilerini daha fazla göstermek için, yukarıda tartışılan içeriğin çoğunu göstermek üzere basit bir test devresi ve test panosu kullandık. Şekil 11'de, test panosu üç ferrit boncukun konumlarını ve işaretlenmiş test noktalarını göstermektedir. Verici çıkış (TX) cihazından belli bir mesafede bulunan “A”, “B” ve “C”.
Sinyal bütünlüğü, ferrit boncukların çıkış tarafında üç konumun her birinde ölçülür ve farklı malzemelerden yapılmış iki ferrit boncukla tekrarlanır. Düşük frekanslı, kayıplı bir "S" malzemesi olan ilk malzeme, noktalarda test edildi “A”, “B” ve “C”. Daha sonra daha yüksek frekanslı “D” malzemesi kullanıldı. Bu iki ferrit boncuk kullanılarak noktadan noktaya sonuçlar Şekil 12'de gösterilmektedir.
Filtrelenmemiş "geçiş" sinyali orta sırada görüntülenir ve yükselen ve düşen kenarlarda sırasıyla bir miktar aşma ve yetersiz kalma gösterir. Yukarıdaki test koşulları için doğru malzeme kullanıldığında, düşük frekans kayıplı malzemenin iyi bir aşma gösterdiği görülebilir. ve yükselen ve düşen kenarlarda hedef altı sinyal iyileştirmesi. Bu sonuçlar Şekil 12'nin üst satırında gösterilmektedir. Yüksek frekanslı malzemelerin kullanılmasının sonucu, her seviyeyi güçlendiren ve kararsızlık süresini artıran çınlamaya neden olabilir. Bu test sonuçları alt satırda gösterilir.
Şekil 13'te gösterilen yatay taramada önerilen üst kısımdaki (Şekil 12) frekans ile EMI'nin iyileşmesine bakıldığında, bu kısmın tüm frekanslar için EMI artışlarını önemli ölçüde azalttığı ve genel gürültü seviyesini %30 oranında azalttığı görülebilir. yaklaşık 350 MHz aralığında kabul edilebilir seviye, kırmızı çizgiyle vurgulanan EMI sınırının çok altındadır. Bu, B Sınıfı ekipmanlar için genel düzenleyici standarttır (Amerika Birleşik Devletleri'nde FCC Bölüm 15). Ferrit boncuklarda kullanılan "S" malzemesi özellikle bu düşük frekanslar için kullanılır. Frekans 350 MHz'i aştığında, "S" malzemesinin orijinal, filtrelenmemiş EMI gürültü seviyesi üzerinde sınırlı bir etkisi vardır, ancak 750 MHz'deki büyük ani yükselişi yaklaşık 6 dB kadar azaltır. EMI gürültü sorununun ana kısmı 350 MHz'den yüksekse, spektrumda maksimum empedansı daha yüksek olan daha yüksek frekanslı ferrit malzemelerin kullanımını düşünün.
Tabii ki, tüm çınlamalar (Şekil 12'nin alt eğrisinde gösterildiği gibi) genellikle gerçek performans testi ve/veya simülasyon yazılımıyla önlenebilir, ancak bu makalenin okuyucuların birçok yaygın hatayı atlamalarına ve yeniden yazma ihtiyacını azaltmalarına olanak tanıyacağı umulmaktadır. doğru ferrit boncuk süresini seçin ve EMI sorunlarını çözmeye yardımcı olmak için ferrit boncuklara ihtiyaç duyulduğunda daha "eğitimli" bir başlangıç ​​noktası sağlayın.
Son olarak, daha fazla seçenek ve tasarım esnekliği için tek bir parça numarasını değil, bir dizi veya ferrit boncuk serisini onaylamak en iyisidir. Farklı tedarikçilerin farklı malzemeler kullandığına ve her tedarikçinin frekans performansının gözden geçirilmesi gerektiğine dikkat edilmelidir. özellikle aynı proje için birden fazla satın alma yapıldığında. Bunu ilk seferde yapmak biraz kolaydır ancak parçalar bir kontrol numarası altında komponent veri tabanına girildikten sonra her yerde kullanılabilir. Önemli olan, farklı tedarikçilerden alınan parçaların frekans performanslarının çok benzer olması, gelecekte başka uygulamaların olasılığını ortadan kaldırmaktır. Sorun ortaya çıktı. En iyi yol, farklı tedarikçilerden benzer verileri elde etmek ve en azından bir empedans eğrisine sahip olmaktır. Bu aynı zamanda EMI sorununuzu çözmek için doğru ferrit boncukların kullanılmasını da sağlayacaktır.
Chris Burket, 1995 yılından beri TDK'da çalışmaktadır ve şu anda çok sayıda pasif bileşeni destekleyen kıdemli bir uygulama mühendisidir. Ürün tasarımı, teknik satış ve pazarlama alanlarında görev almıştır.Mr. Burket birçok forumda teknik makaleler yazmış ve yayınlamıştır. Burket, optik/mekanik anahtarlar ve kapasitörler konusunda üç ABD patenti aldı.
In Compliance, elektrik ve elektronik mühendisliği profesyonelleri için ana haber, bilgi, eğitim ve ilham kaynağıdır.
Havacılık ve Uzay Otomotiv Haberleşme Tüketici Elektroniği Eğitim Enerji ve Enerji Sanayi Bilgi Teknolojileri Medikal Askeri ve Milli Savunma