berita

Situasi biasa: Seorang jurutera reka bentuk memasukkan manik ferit ke dalam litar yang mengalami masalah EMC, hanya untuk mendapati bahawa manik itu sebenarnya menjadikan bunyi yang tidak diingini lebih teruk. Bagaimanakah ini boleh berlaku? Bukankah manik ferit sepatutnya menghilangkan tenaga hingar tanpa memburukkan masalah?
Jawapan kepada soalan ini agak mudah, tetapi ia mungkin tidak difahami secara meluas kecuali bagi mereka yang menghabiskan kebanyakan masa menyelesaikan masalah EMI. Ringkasnya, manik ferit bukanlah manik ferit, bukan manik ferit, dll. Kebanyakan pengeluar manik ferit menyediakan jadual yang menyenaraikan nombor bahagiannya, impedans pada frekuensi tertentu (biasanya 100 MHz), rintangan DC (DCR), arus undian maksimum dan beberapa dimensi Maklumat (lihat Jadual 1). Semuanya hampir standard. Perkara yang tidak ditunjukkan dalam data helaian ialah maklumat bahan dan ciri prestasi frekuensi yang sepadan.
Manik ferit ialah peranti pasif yang boleh mengeluarkan tenaga hingar dari litar dalam bentuk haba. Manik magnet menjana impedans dalam julat frekuensi yang luas, dengan itu menghapuskan semua atau sebahagian daripada tenaga hingar yang tidak diingini dalam julat frekuensi ini. Untuk aplikasi voltan DC ( seperti talian Vcc IC), adalah wajar untuk mempunyai nilai rintangan DC yang rendah untuk mengelakkan kehilangan kuasa yang besar dalam isyarat dan/atau voltan atau sumber arus yang diperlukan (kehilangan I2 x DCR). Walau bagaimanapun, adalah wajar untuk mempunyai galangan tinggi dalam julat frekuensi tertentu yang ditentukan.Oleh itu, galangan berkaitan dengan bahan yang digunakan (kebolehtelapan), saiz manik ferit, bilangan belitan, dan struktur belitan.Jelas sekali, dalam saiz perumah tertentu dan bahan khusus yang digunakan , lebih banyak belitan, lebih tinggi impedans, tetapi kerana panjang fizikal gegelung dalaman lebih panjang, ini juga akan menghasilkan rintangan DC yang lebih tinggi. Arus undian komponen ini adalah berkadar songsang dengan rintangan DCnya.
Salah satu aspek asas menggunakan manik ferit dalam aplikasi EMI ialah komponen mesti berada dalam fasa rintangan. Apakah maksudnya? Ringkasnya, ini bermakna "R" (rintangan AC) mesti lebih besar daripada "XL" (induktif reaktans).Pada frekuensi di mana XL> R (frekuensi lebih rendah), komponen itu lebih seperti induktor daripada perintang. Pada frekuensi R> XL, bahagian itu bertindak sebagai perintang, yang merupakan ciri yang diperlukan bagi manik ferit. kekerapan di mana "R" menjadi lebih besar daripada "XL" dipanggil frekuensi "silang". Ini ditunjukkan dalam Rajah 1, di mana kekerapan silang ialah 30 MHz dalam contoh ini dan ditandakan dengan anak panah merah.
Satu lagi cara untuk melihat perkara ini adalah dari segi apa yang sebenarnya dilakukan oleh komponen semasa fasa kearuhan dan rintangannya. Seperti aplikasi lain di mana impedans induktor tidak dipadankan, sebahagian daripada isyarat masuk dipantulkan kembali ke sumber. Ini boleh menyediakan sedikit perlindungan untuk peralatan sensitif di sisi lain manik ferit, tetapi ia juga memperkenalkan "L" ke dalam litar, yang boleh menyebabkan resonans dan ayunan (berdering).Oleh itu, apabila manik magnet masih bersifat induktif, bahagian daripada tenaga hingar akan dipantulkan dan sebahagian daripada tenaga hingar akan berlalu, bergantung kepada nilai kearuhan dan impedans.
Apabila manik ferit berada dalam fasa rintangannya, komponen itu berkelakuan seperti perintang, jadi ia menyekat tenaga hingar dan menyerap tenaga itu daripada litar, dan menyerapnya dalam bentuk haba. Walaupun dibina dengan cara yang sama seperti beberapa induktor, menggunakan proses yang sama, barisan pengeluaran dan teknologi, mesin, dan beberapa bahan komponen yang sama, manik ferit menggunakan bahan ferit lossy, manakala induktor menggunakan bahan Oksigen besi kehilangan rendah. Ini ditunjukkan dalam lengkung dalam Rajah 2.
Rajah menunjukkan [μ''], yang mencerminkan kelakuan bahan manik ferit yang hilang.
Hakikat bahawa impedans diberikan pada 100 MHz juga merupakan sebahagian daripada masalah pemilihan. Dalam banyak kes EMI, impedans pada frekuensi ini adalah tidak relevan dan mengelirukan. Nilai "titik" ini tidak menunjukkan sama ada impedans meningkat, berkurangan , menjadi rata, dan impedans mencapai nilai puncaknya pada frekuensi ini, dan sama ada bahan itu masih dalam fasa kearuhannya atau telah berubah menjadi fasa rintangannya. Malah, banyak pembekal manik ferit menggunakan berbilang bahan untuk manik ferit yang sama, atau sekurang-kurangnya seperti yang ditunjukkan dalam helaian data.Lihat Rajah 3.Semua 5 lengkung dalam rajah ini adalah untuk manik ferit 120 ohm yang berbeza.
Kemudian, apa yang pengguna mesti perolehi ialah lengkung impedans yang menunjukkan ciri frekuensi manik ferit. Contoh lengkung impedans biasa ditunjukkan dalam Rajah 4.
Rajah 4 menunjukkan fakta yang sangat penting.Bahagian ini ditetapkan sebagai manik ferit 50 ohm dengan frekuensi 100 MHz, tetapi frekuensi silangannya adalah kira-kira 500 MHz, dan ia mencapai lebih daripada 300 ohm antara 1 dan 2.5 GHz. Sekali lagi, hanya melihat helaian data tidak akan memberitahu pengguna perkara ini dan mungkin mengelirukan.
Seperti yang ditunjukkan dalam rajah, sifat bahan berbeza-beza. Terdapat banyak varian ferit yang digunakan untuk membuat manik ferit. Sesetengah bahan adalah kehilangan tinggi, jalur lebar, frekuensi tinggi, kehilangan sisipan rendah dan sebagainya. Rajah 5 menunjukkan kumpulan umum mengikut kekerapan aplikasi dan impedans.
Satu lagi masalah biasa ialah pereka papan litar kadangkala terhad kepada pemilihan manik ferit dalam pangkalan data komponen mereka yang diluluskan. Jika syarikat hanya mempunyai beberapa manik ferit yang telah diluluskan untuk digunakan dalam produk lain dan dianggap memuaskan, dalam banyak kes, tidak perlu menilai dan meluluskan bahan dan nombor bahagian lain. Sejak kebelakangan ini, ini telah berulang kali membawa kepada beberapa kesan memburukkan masalah bunyi EMI asal yang diterangkan di atas. Kaedah yang berkesan sebelum ini mungkin boleh digunakan untuk projek seterusnya, atau ia mungkin tidak berkesan. Anda tidak boleh hanya mengikut penyelesaian EMI projek sebelumnya, terutamanya apabila kekerapan isyarat yang diperlukan berubah atau kekerapan komponen pancaran berpotensi seperti perubahan peralatan jam.
Jika anda melihat dua lengkung impedans dalam Rajah 6, anda boleh membandingkan kesan material dua bahagian yang ditetapkan yang serupa.
Untuk kedua-dua komponen ini, impedans pada 100 MHz ialah 120 ohm. Untuk bahagian di sebelah kiri, menggunakan bahan "B", impedans maksimum ialah kira-kira 150 ohm, dan ia direalisasikan pada 400 MHz. Untuk bahagian di sebelah kanan , menggunakan bahan "D", impedans maksimum ialah 700 ohm, yang dicapai pada kira-kira 700 MHz. Tetapi perbezaan terbesar ialah frekuensi silang. Bahan "B" kehilangan ultra tinggi beralih pada 6 MHz (R> XL) , manakala bahan "D" frekuensi sangat tinggi kekal induktif pada sekitar 400 MHz. Bahagian manakah yang betul untuk digunakan? Ia bergantung pada setiap aplikasi individu.
Rajah 7 menunjukkan semua masalah biasa yang berlaku apabila manik ferit yang salah dipilih untuk menekan EMI. Isyarat yang tidak ditapis menunjukkan undershoot 474.5 mV pada nadi 3.5V, 1 uS.
Dalam hasil penggunaan bahan jenis kerugian tinggi (plot tengah), undershoot pengukuran meningkat disebabkan oleh frekuensi silang yang lebih tinggi bagi bahagian tersebut. Undershoot isyarat meningkat daripada 474.5 mV kepada 749.8 mV. Bahan Super High Loss mempunyai kekerapan silang yang rendah dan prestasi yang baik. Ia akan menjadi bahan yang sesuai untuk digunakan dalam aplikasi ini (gambar di sebelah kanan). Bahagian bawah yang menggunakan bahagian ini dikurangkan kepada 156.3 mV.
Apabila arus terus melalui manik meningkat, bahan teras mula tepu. Bagi induktor, ini dipanggil arus tepu dan dinyatakan sebagai peratusan penurunan dalam nilai kearuhan. Untuk manik ferit, apabila bahagian itu berada dalam fasa rintangan, kesan ketepuan dicerminkan dalam penurunan nilai impedans dengan kekerapan. Penurunan impedans ini mengurangkan keberkesanan manik ferit dan keupayaannya untuk menghapuskan hingar EMI (AC). Rajah 8 menunjukkan satu set lengkung pincang DC biasa untuk manik ferit.
Dalam rajah ini, manik ferit dikadarkan pada 100 ohm pada 100 MHz. Ini adalah impedans terukur biasa apabila bahagian tersebut tidak mempunyai arus DC. Walau bagaimanapun, ia boleh dilihat bahawa sebaik sahaja arus DC digunakan (contohnya, untuk IC VCC input), impedans berkesan menurun secara mendadak. Dalam lengkung di atas, untuk arus 1.0 A, impedans berkesan berubah daripada 100 ohm kepada 20 ohm.100 MHz. Mungkin tidak terlalu kritikal, tetapi sesuatu yang perlu diberi perhatian oleh jurutera reka bentuk. Begitu juga, dengan hanya menggunakan data ciri elektrik daripada komponen dalam helaian data pembekal, pengguna tidak akan menyedari fenomena bias DC ini.
Seperti induktor RF frekuensi tinggi, arah penggulungan gegelung dalam dalam manik ferit mempunyai pengaruh yang besar terhadap ciri frekuensi manik. Arah penggulungan bukan sahaja mempengaruhi hubungan antara impedans dan tahap frekuensi, tetapi juga mengubah tindak balas frekuensi. Dalam Rajah 9, dua manik ferit 1000 ohm ditunjukkan dengan saiz perumah yang sama dan bahan yang sama, tetapi dengan dua konfigurasi belitan yang berbeza.
Gegelung bahagian kiri dililit pada satah menegak dan disusun dalam arah mendatar, yang menghasilkan impedans yang lebih tinggi dan tindak balas frekuensi yang lebih tinggi daripada bahagian di sebelah kanan luka dalam satah mendatar dan disusun dalam arah menegak. Ini sebahagiannya disebabkan kepada reaktans kapasitif yang lebih rendah (XC) yang dikaitkan dengan kapasiti parasit yang dikurangkan antara terminal akhir dan gegelung dalaman. XC yang lebih rendah akan menghasilkan frekuensi resonans diri yang lebih tinggi, dan kemudian membenarkan impedans manik ferit terus meningkat sehingga ia mencapai frekuensi resonans diri yang lebih tinggi, iaitu lebih tinggi daripada struktur piawai manik ferit Nilai galangan. Lengkung dua manik ferit 1000 ohm di atas ditunjukkan dalam Rajah 10.
Untuk menunjukkan lagi kesan pemilihan manik ferit yang betul dan salah, kami menggunakan litar ujian dan papan ujian ringkas untuk menunjukkan kebanyakan kandungan yang dibincangkan di atas. Dalam Rajah 11, papan ujian menunjukkan kedudukan tiga manik ferit dan titik ujian yang ditandakan. "A", "B" dan "C", yang terletak pada jarak dari peranti output pemancar (TX).
Integriti isyarat diukur pada bahagian keluaran manik ferit dalam setiap tiga kedudukan, dan diulang dengan dua manik ferit yang diperbuat daripada bahan yang berbeza. Bahan pertama, bahan "S" lossy frekuensi rendah, telah diuji pada titik "A", "B" dan "C".Seterusnya, bahan "D" frekuensi yang lebih tinggi telah digunakan. Keputusan titik-ke-titik menggunakan kedua-dua manik ferit ini ditunjukkan dalam Rajah 12.
Isyarat tidak ditapis "melalui" dipaparkan di baris tengah, masing-masing menunjukkan beberapa overshoot dan undershoot pada tepi meningkat dan menurun. Dapat dilihat bahawa menggunakan bahan yang betul untuk keadaan ujian di atas, bahan lossy frekuensi rendah menunjukkan overshoot yang baik dan penambahbaikan isyarat undershoot pada tepi naik dan turun. Keputusan ini ditunjukkan dalam baris atas Rajah 12. Hasil penggunaan bahan frekuensi tinggi boleh menyebabkan deringan, yang menguatkan setiap tahap dan meningkatkan tempoh ketidakstabilan. Keputusan ujian ini adalah ditunjukkan pada baris bawah.
Apabila melihat peningkatan EMI dengan kekerapan di bahagian atas yang disyorkan (Rajah 12) dalam imbasan mendatar yang ditunjukkan dalam Rajah 13, dapat dilihat bahawa untuk semua frekuensi, bahagian ini mengurangkan pancang EMI dengan ketara dan mengurangkan tahap hingar keseluruhan pada 30 hingga lebih kurang Dalam julat 350 MHz, tahap yang boleh diterima adalah jauh di bawah had EMI yang diserlahkan oleh garis merah. Ini ialah piawaian pengawalseliaan am untuk peralatan Kelas B (FCC Bahagian 15 di Amerika Syarikat). Bahan "S" yang digunakan dalam manik ferit digunakan secara khusus untuk frekuensi yang lebih rendah ini. Dapat dilihat bahawa apabila frekuensi melebihi 350 MHz, Bahan "S" mempunyai kesan terhad pada tahap hingar EMI asal yang tidak ditapis, tetapi ia mengurangkan lonjakan besar pada 750 MHz sebanyak kira-kira 6 dB. Jika bahagian utama masalah hingar EMI adalah lebih tinggi daripada 350 MHz, anda perlu pertimbangkan penggunaan bahan ferit frekuensi tinggi yang galangan maksimumnya lebih tinggi dalam spektrum.
Sudah tentu, semua deringan (seperti yang ditunjukkan dalam lengkung bawah Rajah 12) biasanya boleh dielakkan oleh ujian prestasi sebenar dan/atau perisian simulasi, tetapi diharapkan artikel ini akan membolehkan pembaca memintas banyak kesilapan biasa dan mengurangkan keperluan untuk pilih Masa manik ferit yang betul, dan sediakan titik permulaan yang lebih "berpendidikan" apabila manik ferit diperlukan untuk membantu menyelesaikan masalah EMI.
Akhir sekali, adalah lebih baik untuk meluluskan satu siri atau siri manik ferit, bukan hanya nombor bahagian tunggal, untuk lebih banyak pilihan dan fleksibiliti reka bentuk. Perlu diingatkan bahawa pembekal yang berbeza menggunakan bahan yang berbeza, dan prestasi kekerapan setiap pembekal mesti dikaji semula. , terutamanya apabila berbilang pembelian dibuat untuk projek yang sama. Agak mudah untuk melakukan ini pada kali pertama, tetapi setelah bahagian tersebut dimasukkan ke dalam pangkalan data komponen di bawah nombor kawalan, ia kemudiannya boleh digunakan di mana-mana sahaja. Perkara yang penting ialah prestasi kekerapan bahagian daripada pembekal yang berbeza adalah sangat serupa untuk menghapuskan kemungkinan aplikasi lain pada masa hadapan Masalahnya berlaku. Cara terbaik ialah mendapatkan data yang serupa daripada pembekal yang berbeza, dan sekurang-kurangnya mempunyai keluk impedans. Ini juga akan memastikan bahawa manik ferit yang betul digunakan untuk menyelesaikan masalah EMI anda.
Chris Burket telah bekerja di TDK sejak 1995 dan kini seorang jurutera aplikasi kanan, menyokong sejumlah besar komponen pasif. Beliau telah terlibat dalam reka bentuk produk, jualan teknikal dan pemasaran. En. Burket telah menulis dan menerbitkan kertas kerja teknikal dalam banyak forum.Mr. Burket telah memperoleh tiga paten AS pada suis dan kapasitor optik/mekanikal.
Dalam Pematuhan ialah sumber utama berita, maklumat, pendidikan dan inspirasi untuk profesional kejuruteraan elektrik dan elektronik.
Aeroangkasa Automotif Komunikasi Elektronik Pengguna Pendidikan Tenaga dan Tenaga Industri Teknologi Maklumat Perubatan Tentera dan Pertahanan Negara