Основы ЭМС: синфазный и дифференциальный шумы

В качестве быстрого напоминания:дифференциальные токитекут в противоположных направлениях через источник и обратный путь, при этомсинфазные токитечь в одном направлении через истоковый и обратный путь, замыкая цепь через заземляющий путь.

Как узнать, имеете ли вы дело ссинфазный шумилидифференциальный шум ? Это общий вопрос, на который необходимо ответить.

Вот быстрый трюк, который поможет вам двигаться в правильном направлении. Хотя это не на 100% точно, но помогает начать процесс.

Представьте себе врача, прописывающего антибиотики, не зная, есть ли у вас бактериальная инфекция или вирус. Он делает это, зная, что если у вас бактериальная инфекция, лекарство подействует и проблема будет решена. Если лекарство не подействует, он, по крайней мере, знает, что имеет дело с вирусом, и будет относиться к вам соответствующим образом.

В нашем случае вы можете просто применитьзажимной ферритовый на кабель, помня, что обе линии (Vcc и земля) будут находиться в этом кабеле. Если шумы уменьшены (или повышена устойчивость), то это синфазная проблема. Если эффекта нет, это проблема дифференциального режима.

Следовательно, на уровне платы, если это проблема синфазного режима, вы можете использовать синфазный дроссель. Если проблема в дифференциальном режиме, можно использовать ферритовый чип.

Зажимные ферриты обычно изготавливаются из двух разных типов материалов: марганец-цинк (MnZn) и никель-цинк (NiZn).

Никель-цинкможет использоваться в ситуациях с кондуктивным или излучаемым шумом на высоких частотах.Марганец цинкв основном используется для кондуктивного шума на более низких частотах, поскольку его более высокая проницаемость дает больший импеданс.

На этом изображении показано, какой материал использовать в зависимости от вашей ситуации. Конечно, есть исключения, но это то, что мы считаем типичным.

Здесь у нас есть визуальное представление о том, как работает синфазный дроссель.

Красные стрелки обозначаютдифференциальный сигнал идет. Это полезный сигнал. Он создает внутри сердечника магнитное поле, идущее в одном направлении, согласно правилу правой руки.

Дифференциальный сигнал затем возвращается к источнику, который создает другое магнитное поле в соответствии с правилом правой руки. Эти два поля будут компенсировать друг друга в ядре.

Синфазный шум также создает магнитный поток внутри сердечника, но на этот раз оба шумовых сигнала направлены в одном направлении, как показано здесь черными стрелками, что приводит к суммированию магнитных полей. Сердечник будет реагировать высоким сопротивлением на нежелательный шум.

При использовании синфазного фильтра следует иметь в виду, что существует дифференциальный импеданс, который можетослаблять полезный сигнал. Как показано на графике на рисунке 6, синяя линия представляет собой синфазное сопротивление, а красная пунктирная линия показывает дифференциальное сопротивление.

Это означает, что если сигнал имеет частоту 100 МГц, при использовании этого синфазного решения произойдет некоторое непреднамеренное затухание сигнала из-за дифференциального импеданса.

Вот конкретный пример. Синяя линия представляет импеданс синфазного режима, а красная пунктирная линия показывает импеданс дифференциального режима. Полезный сигнал показан толстой черной линией прямо на частоте 4 МГц.

При этом эффективно используются синфазные дроссели с высоким синфазным сопротивлением (на уровне 4 МГц) и низким дифференциальным импедансом.

Поэтому влияние на шум велико, а влияние на полезный сигнал сведено к минимуму. Читая таблицы данных, проверьте как общее сопротивление, так и сопротивление дифференциального режима для этой детали.

В синфазном дросселе используются два типа обмоток: секционная и бифилярная.

Компоненты секционной намотки наиболее полезны в системах электропитания, поскольку линии высокого напряжения должны быть разделены минимальным расстоянием. Их также можно использовать в качестве индукторов для ослабления дифференциального шума. Поскольку секционные компоненты имеют более высокую индуктивность рассеяния, они ослабляют как дифференциальный, так и синфазный шум.