Cómo usar un núcleo de ferrita en su diseño para reducir la EMI

May 17, 2019 Altium Designer

 

¿Sabe cómo todo el mundo solía comparar las cosas con la ciencia espacial? Vamos, Jimmy, puedes multiplicar, no son ciencia espacial. Creo que en estos tiempos la "ciencia de los cohetes" debería ser reemplazada por "interferencia electromagnética". La EMI es una de esas cosas que muchos de nosotros no entendemos. Es por eso que he estado escribiendo sobre cosas como la puesta a tierra adecuada, circuitos CA/CC, enrutamiento de alta velocidad y enrutamiento de pares diferenciales. El siguiente paso en la lista es cómo reducir la EMI usando núcleos de ferrita. Estas ferritas pueden ser un poco complicadas, por lo que es importante entender primero la teoría que hay detrás de ellas. La mayoría de los componentes electrónicos son esencialmente para conectar y usar; sin embargo, las ferritas tienen que ser diseñadas en su sistema. Una vez que conozca la teoría, es hora de pasar a los usos prácticos como los filtros LC, la separación del plano de tierra y de potencia, y el filtrado de ruido de la fuente.

 

Filtros LC de ferrita

Los diseñadores se sienten a menudo tentados a pensar que los núcleos de ferrita son filtros de paso bajo. Bloquean las frecuencias altas, pero solo en una banda específica. Por encima de esa banda, su capacitancia inherente toma el control. Mientras que un núcleo por sí solo no puede hacer un filtro de paso bajo, cuando se combina con un condensador de derivación si puede hacerlo. Entonces usted obtiene lo que es esencialmente un filtro LC (inductor y condensador). Un problema importante que hay que tener en cuenta cuando se utiliza un núcleo de ferrita como este es la resonancia LC.

Lo primero es lo primero, si está usando un núcleo de ferrita en la línea de alimentación de su circuito, necesita un condensador de derivación. A bajas frecuencias, los núcleos de ferrita actúan como inductores, que se oponen a los cambios de corriente. Esto significa que si su circuito integrado está tratando de absorber un pico de corriente, el núcleo resistirá ese pico y puede obstaculizar el funcionamiento de su circuito. Se necesita un condensador de derivación para almacenar la carga que pueda proporcionar esos picos de potencia. Los condensadores de derivación también son una buena idea en general.

Una vez que tenga el condensador y la ferrita en su lugar, puede comenzar a filtrar las frecuencias altas. Un núcleo de ferrita tiene un par de ventajas sobre el inductor normal utilizado en un filtro LC. Los núcleos de ferrita le darán una caida más pronunciada en las frecuencias más bajas. También tienen cierta resistencia inherente, lo que ayuda a amortiguar la posible resonancia. Aunque tienen algunas capacidades de amortiguación, la resonancia LC todavía puede ocurrir. Hay un riesgo especialmente grande de esto cuando se usan condensadores más grandes. Si se produce resonancia, puede haber una ganancia de hasta 10 dB. Tenga cuidado al diseñar su filtro para evitar la resonancia.

 

Filtro de aceite

Filtre sus señales con un núcleo de ferrita y un condensador de derivación.
 

Separación de planos tierra/potencia de señal mixta

Una de las principales formas en que la EMI puede propagarse a través de un circuito es a través de la tierra y los planos de potencia. Esto es especialmente común en circuitos de señales mixtas, donde se utiliza un solo plano de tierra/potencia para señales analógicas y digitales. Por lo tanto, es mejor tener planos de tierra/potencia separados, pero las conexiones a tierra deben tener referencia al mismo voltaje relativo. Estos problemas crean un dilema que los núcleos de ferrita pueden ayudar a resolver.

Los núcleos de ferrita se pueden utilizar para conectar un plano de tierra/potencia analógico y digital. Con este método, ambos planos siguen teniendo referencia al mismo voltaje pero aislados entre sí. El núcleo puede bloquear el ruido que normalmente se transferiría directamente de un plano a otro.

 

Filtrado de ruido general

Los planos de potencia y tierra no son las únicas partes de su circuito que tienen problemas de ruido. También puede haber ruido proveniente de componentes digitales, de un convertidor CC/CC o de la línea de alimentación que está entrando. Los núcleos de ferrita pueden ayudar a filtrar el ruido de todas estas fuentes.

En el caso de componentes ruidosos, puede utilizar núcleos de ferrita para aislar tantos de ellos como desee. Probablemente tendrá condensadores de derivación para cada uno de sus circuitos integrados digitales, por lo que la adición de núcleos de ferrita formará el filtro LC mencionado anteriormente. Estos filtros atenuarán el ruido proveniente de los componentes y ayudarán a mantener su circuito libre de EMI.

Algunos circuitos analógicos son alimentados por un convertidor de conmutación CC/CC. Es posible que le preocupe que estas fuentes de alimentación proporcionen ruido en el sistema, pero probablemente no le preocupen los chips analógicos que envían ruido. En este caso, puede poner un núcleo de ferrita en línea con el convertidor CC/CC y aislar su circuito analógico de EMI en el carril de alimentación.

 

Cable coaxial grueso de 50 ohmios e interruptor de ferrita

Las ferritas se utilizan a menudo para filtrar la energía entrante.

 

Puede estar preocupado por el ruido que entra desde fuera de su placa. A menudo, la EMI se introduce en las placas de circuito impreso a través de su fuente de alimentación inicial. Los núcleos de ferrita son ideales para filtrar ese tipo de ruido. De hecho, ese es su uso más común.

Ya sea que sus PCB estén despegando al espacio o permanezcan aquí en la Tierra, necesitan ser protegidos de la EMI. Los núcleos de ferrita pueden hacerlo, ya sea atenuando una banda específica de altas frecuencias o actuando como un filtro LC cuando se combina con un condensador de derivación. Si va a utilizar un núcleo en un filtro de LC, asegúrese de tener cuidado con la resonancia de LC. También puede utilizar núcleos de ferrita para separar los planos de tierra y de potencia en circuitos de señales mixtas y filtrar el ruido en general.

Ahora que sabe cómo reducir la EMI en su circuito, es el momento de diseñar su placa. Un gran software de diseño de PCB como Altium Designer le ayudará a poner en práctica sus teorías libres de ruido. Altium Designer tiene una amplia gama de herramientas avanzadas y documentación para asegurar que esté preparado para lo que se le presente.

¿Tiene más preguntas sobre la EMI? Llame a un experto de Altium.

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