Ферритовый фильтр: для чего нужны цилиндры на концах компьютерных кабелей? Ферритовые кольца на кабель Для чего нужен ферритовый фильтр на кабеле
Внутренние и внешние компьютерные кабели могут работать как миниатюрные антенны, поскольку они преобразуют шумы напряжения и тока в электромагнитное излучение.
Ферритовые кольца для плоских и круглых кабелей обеспечивают эффективное подавление шумовых токов до их излучения в виде электромагнитных помех.
Неэкранированные кабели излучают помехи вследствие протекания по их медным проводникам синфазного шума, то есть высокочастотного тока, текущего в одном направлении по всем проводникам кабеля.Эти токи создают магнитное поле определенной величины и направления.
Кабельные ферриты ослабляют шумовые токи, «захватывая» магнитное поле и рассеивая часть его энергии в виде тепла т.е ферритовый элемент, надетый на проводники кабеля, создает большой активный импеданс для синфазных токов.Ферриты можно использовать на внутренних силовых кабелях с постоянным или переменным током, и на проводниках, по которым передаются аналоговые и цифровые сигналы.
Производители электронного оборудования используют ферриты для подавления электромагнитных излучений от внешних силовых и сигнальных кабелей системных блоков компьютеров, мониторов, клавиатур, принтеров и других периферийных устройств.
Длинные внешние силовые и сигнальные кабели работают как антенны, эффективно излучая помехи, создаваемые внутри корпуса прибора, во внешнюю среду.Использование ферритовых изделий позволяет снизить требования к экранированию внешних кабелей и во многих случаях дает возможность снизить их стоимость.
Кабельные ферриты для подавления электромагнитных помех следует выбирать, исходя из конкретной задачи, кабельный феррит должен создавать максимальный последовательный импеданс для частот шумового сигнала.
После выбора материала и приблизительных размеров сердечника создаваемый им последовательный импеданс и эффективность шумоподавления можно оптимизировать путем:
1. Увеличения длины охватываемой ферритом части проводника;2. Увеличения поперечного сечения ферритового сердечника (особенно для силовых цепей);
3. Выбора сердечника с внутренним диаметром, наиболее близким к внешнему диаметру проводника или кабеля;
faqhard.ru
Ферритовый фильтр - для чего он нужен
Июнь 16, 2016Июнь 21, 2016В нашем быту появилось огромное множество средств вычислительной техники, которая работает на токах высокой частоты. Ведь чем выше частота, тем выше скорость обработки информации.
Простейший способ борьбы с ПЭМИН – увеличить индуктивность.
Индуктивность – это показатель соотношения величины силы тока, проходящего через контур, и создаваемого им магнитного потока. Если речь идет о прямолинейных проводах, то под индуктивностью подразумевается величина, характеризующая энергию магнитного поля (здесь ток считается постоянной величиной).
Индуктивность можно увеличить применением специального ферритового кольца. Как выглядят на кабелях ферритовые фильтры, можно посмотреть на фото ниже.
Ферритовые кольца – это компоненты электрической цепи, которые используются как пассивные элементы для фильтрации высокочастотных помех за счет повышения индуктивности проводника и поглощения помех, превышающих заданный порог.
Такие свойства ферритовому фильтру придает материал, из которого он изготовлен – феррит.
Феррит – это общее название соединений на основе оксида железа и оксидов других металлов. Ферриты совмещают в себе свойства ферромагнетиков и полупроводников (иногда диэлектриков) и потому используются в качестве сердечников катушек, постоянных магнитов, выступают в качестве поглотителей электромагнитных волн высоких частот и т.д.
Ферритовые кабельные фильтры с защелкой - принцип работы
Работа ферритового фильтра напрямую зависит от характеристик материала, из которого он изготовлен. За счет специальных добавок оксидов различных металлов меняются свойства феррита.
Принципиально различают несколько способов применения ферритовых колец:
- На одножильных (однофазных) проводах он может, наоборот, поглощать излучение в определенном диапазоне, преобразуя наводки в тепловую энергию. Таким образом негативные частоты могут поглощаться (отсекаться) ферритовым кольцом.
- На одножильных проводах, где он работает как своеобразный усилитель, так как возвращает часть высокочастотного магнитного поля обратно в кабель, что приводит к усилению сигнала в заданном диапазоне.
- На многожильных проводах феррит работает как синфазный трансформатор, который пропускает несимметричные сигналы в кабеле (импульсы тока, например, в кабелях передачи данных или в цепях питания постоянным током) и гасит симметричные сигналы (которые потенциально могут вызываться в таких кабелях только электромагнитными наводками).
Где использовать и как выбрать ферритовый фильтр
Если говорить о практике применения, то на кабелях питания ферритовые кольца применяются для уменьшения помех, которые могут создать сами кабели, а на сигнальных (передающих данные) ферриты гасят возможные внешние помехи и наводки.
Ферритовые кабельные фильтры могут быть встроенными (кабель продается уже с ферритовым кольцом) или отдельными (чаще всего это защелкивающиеся вокруг провода модели), которые не требуют каких-либо доработок самого кабеля.
Провод может вставляться в центр ферритового фильтра (получается одновитковая катушка), а может образовывать вокруг кольца несколько витков (тороидальная обмотка). Последний способ значительно увеличивает эффективность работы фильтра.
Чтобы подобрать ферритовое кольцо под заданные требования, нужно знать характеристики материала, из которого оно изготовлено и габариты изделия.
Для примера ниже в таблице обозначены основные характеристики ферритовых фильтров, предлагаемых на рынке.
| Маркировка | RF-35М | RF-50М | RF-70М | RF-90М | RF-110S | RF-110A | RF-130S | RF-130A |
| Импеданс, Ом (для частоты в 50 Мгц) | 165 | 125 | 95 | 145 | 180 | 180 | 190 | 190 |
| График зависимости импеданса от частоты, на рисунке № | 4 | 5 | 6 | 7 | 3 | 8 | 3 | 3 |
| Диаметр отверстия, мм | 3.5 | 5 | 7 | 9 | 11 | 11 | 13 | 13 |
| Размер, мм | 25х12 | 25х13 | 30х16 | 35х20 | 35х20 | 33х23 | 39х30 | 39х30 |
| Вес, г | 6 | 6.5 | 12 | 22 | 44 | 40 | 50 | 50 |
График зависимости частоты и импеданса
Импеданс – это полное внутреннее сопротивление элемента электрической цепи к переменному (гармоническому) току (сигналу). Измеряется, как и обычное сопротивление, в омах.
Еще одним немаловажным параметром ферритовых фильтров является их магнитная проницаемость.
Магнитная проницаемость – это коэффициент, который характеризует связь между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля в веществе.
Исходя из вышесказанного, для того, чтобы обозначить основные свойства ферритовых фильтров, производители прибегают к следующей маркировке:
3000HH D * d * h, где:
- 3000 – это показатель начальной магнитной проницаемости феррита,
- HH – это марка феррита (чаще всего это HH – ферриты общего назначения, или HM – для слабых магнитных полей),
- D – наибольший (внешний) диаметр,
- d – меньший (внутренний) диаметр,
- h – высота тороида.
Приведем типовые примеры применения ферритов:
- Марка 100НН может использоваться для кабелей с частотами до 30 МГц,
- 400НН - с частотами не выше 3,5 МГц,
- 600НН - с частотами до 1,5 МГц
- 1000НН - до 400 кГц.
То есть, к примеру, антенный ферритовый фильтр должен быть марки HH.
А вот ферритовый фильтр для USB кабеля лучше всего выбрать с маркой HM (для кабелей со слабым магнитным полем).
Соотношение марок и частот выглядит следующим образом:
- 1000НМ - используется с кабелями, работающими с частотой не более 1 МГц,
- 1500НМ - не более 600 кГц,
- 2000НМ и 3000НМ - не свыше 450 кГц.
Как наматывать ферритовые кольца
В большинстве случаев достаточно подобрать правильный ферритовый фильтр и защелкнуть его на кабеле ближе к месту подключения к прибору.
Схема наматывания витков вокруг ферритового кольца Однако, в отдельных случаях, для увеличения импеданса можно сделать кабелем несколько витков вокруг кольца феррита и тогда импеданс будет возрастать кратно квадрату числа витков. То есть с двух витков в 4 раза, а с 3 – уже в 9 раз.
На практике, конечно, реальный показатель увеличения немного меньше теоретического.
Для того чтобы после наматывания ферритовое кольцо защелкнулось, необходимо заранее определиться с количеством витков провода и рассчитать внутренний диаметр фильтра, чтобы он закрылся, не передавив кабель.
filteru.ru
Для чего нужен ферритовый фильтр или кольцо на кабеле
Вы наверное замечали и не раз, что на проводах от ноутбука, монитора и иной электронной техники встречаются непонятные утолщения в виде цилиндра. Это сделано не просто так или для красоты. Дело в том, что пластиковый цилиндр - это специальный ферритовый фильтр. В народе его часто называют, как фильтр для подавления высокочастотных помех или проще - «шумовой» фильтр. Зачем и для чего он нужен?
Дело в том, что любое устройство, подключенное к электрической сети, является источником электромагнитных волн, которые являются, в свою очередь, высокочастотными помехами, влияющими на работу других устройств, находящихся поблизости. Длинные внешние силовые и интерфейсные кабели работают как своего рода антенны, которых довольно-таки сильно излучают во внешнюю среду помехи, которые создаются аппаратурой при работе. Это может сильно влиять на работу беспроводных сетей WiFi, радиоаппаратуры и точных приборов.Чтобы этого не происходило, кабель надо экранировать. Но тогда значительно подскочит его цена! На помощь пришли ферритовое кольцо и фильтры из этого материала.
Как работает ферритовый фильтр
Феррит - это специальный материал, состоящий из соединения оксида железа и ряда других металлов, который не проводит ток и эффективно поглощает электромагнитные волны. Ферритовое кольцо является отличным магнитным изолятором и за счёт этого обеспечивает фильтрацию высокочастотных помех и электромагнитных шумов. Он принимает на себя электромагнитные волны на выходе из электронной аппаратуры, прежде чем они усилятся в кабеле, как в антенне.
Ферритовый фильтр представляет собой сердечник из этого материала в виде цилиндра, который надевается на кабель либо сразу на производстве, либо позднее. При самостоятельной установке его необходимо расположить максимально близко к источнику помех. Только это позволить предотвратить передачу помех через другие элементы конструкции аппарата, где их отфильтровать гораздо труднее.
set-os.ru
Для чего нужны ферритовые фильтры?
Многие из вас, конечно же, видели на концах проводов небольшие цилиндры. Это – ферритовые фильтры. А знаете ли вы, какую роль они играют? Давайте попробуем разобраться в этом вопросе вместе.
Зачем устанавливают ферритовые фильтры?
Очень часто на форумах встречаю утверждение, что ферритовые кольца служат только для того, чтобы кабель не излучал помехи! Верно ли это утверждение? Отчасти это, правда. Но оно справедливо только к проводам питания.Тогда, для чего ставят ферритовые фильтры на HDMI? Ведь помех провод не излучает!!!
Все просто! Феррит, благодаря своим уникальным свойствам способен захватывать магнитное поле и рассеивать его в виде тепла, другими словами, он способен ослаблять шумовые помехи в кабеле. А это играет большую роль для качества цифрового сигнала.
Тогда, почему на многих HDMI кабелях нет ферритовых колец? Потому, что ферритовые кольца это не единственный способ оградить провод от воздействия помех. Не менее эффективно и экранирование провода.
Увеличится ли качество сигнала, если установить на провод ферритовые кольца? Ответ – увеличится!!! Но это совсем не значит, что Вы это заметите.
Вы наверное замечали и не раз, что на проводах от ноутбука, монитора и иной электронной техники встречаются непонятные утолщения в виде цилиндра. Это сделано не просто так или для красоты. Дело в том, что пластиковый цилиндр — это специальный ферритовый фильтр. В народе его часто называют, как фильтр для подавления высокочастотных помех или проще — «шумовой» фильтр. Зачем и для чего он нужен?
Дело в том, что любое устройство, подключенное к электрической сети, является источником электромагнитных волн, которые являются, в свою очередь, высокочастотными помехами, влияющими на работу других устройств, находящихся поблизости. Длинные внешние силовые и интерфейсные кабели работают как своего рода антенны, которых довольно-таки сильно излучают во внешнюю среду помехи, которые создаются аппаратурой при работе. Это может сильно влиять на работу беспроводных сетей WiFi, радиоаппаратуры и точных приборов.Чтобы этого не происходило, кабель надо экранировать. Но тогда значительно подскочит его цена! На помощь пришли ферритовое кольцо и фильтры из этого материала.
Как работает ферритовый фильтр
Феррит — это специальный материал, состоящий из соединения оксида железа и ряда других металлов, который не проводит ток и эффективно поглощает электромагнитные волны. Ферритовое кольцо является отличным магнитным изолятором и за счёт этого обеспечивает фильтрацию высокочастотных помех и электромагнитных шумов. Он принимает на себя электромагнитные волны на выходе из электронной аппаратуры, прежде чем они усилятся в кабеле, как в антенне.
Ферритовый фильтр представляет собой сердечник из этого материала в виде цилиндра, который надевается на кабель либо сразу на производстве, либо позднее. При самостоятельной установке его необходимо расположить максимально близко к источнику помех. Только это позволить предотвратить передачу помех через другие элементы конструкции аппарата, где их отфильтровать гораздо труднее.
Даже если устройство спроектировано с учетом присутствия помех и расположения элементов, предусмотрены заземление или фильтрация на плате, оно все равно может служить источником высокого уровня помех или быть восприимчивым к шумам при подсоединении других приборов с интерфейсным кабелем. В частности, поскольку кабели из-за большой длины обладают высокой удельной поверхностью, они могут излучать или принимать электромагнитные колебания. В этой связи, для подавления помех целесообразно применять специальные устройства, например,ферритовый фильтр с защёлкой на кабель (см. рисунок 1).
Внешний вид фильтра с защелкой на кабель показан на рисунке 1.
Ферритовый фильтр с защелкой на кабель состоит из ферритового сердечника, который представляет собой две половинки, помещенные в пластиковый гибкий корпус, характеризующийся долгим сроком службы. Данная конструкция позволяет закрепить его одним движением на кабеле без его отрезания. Поскольку такой фильтр может быть установлен после сборки устройства, его применение становится особенно актуальным в случаях, когда проблемы с помехами происходят непосредственно перед транспортировкой. На рисунке 1 b представлен фильтр, который монтируется на кабель внутри устройства.
Фильтр с защелкой на кабель состоит из ферритового сердечника, который представляет собой две половинки, помещенные в пластиковый гибкий корпус, характеризующийся долгим сроком службы. Для заказа доступно большое количество типов изделий, выпускаемых в соответствии с диаметрами кабелей.
Тип синфазного фильтра
Регулировка величины обмотки
В качестве дополнения к сетевым адаптерам питания (АС), разнообразные периферийные устройства, такие как цифровые фотокамеры или мобильные телефоны, подключают при помощи различных интерфейсных кабелей к терминалам в виде переносных ПК. Фильтры с застежкой на кабель устанавливают на эти интерфейсные кабели, получают оценку их влияния на подавление помех.
Подключение силового кабеля переменного тока
Спектр излучения шума от мобильного телефона до и после подключения фильтра с самозажимным механизмом ZCAT1518-0730 к силовому кабелю представлен на рисунке 2. В этом тестировании кабель имел двойную обмотку вокруг фильтра. Результаты измерений представлены на рисунке 3. Перед установкой шум фиксировался в диапазоне частот от 250 до 600 МГц, едва удовлетворяя стандарту VCCI класса B. После установки ферритового фильтра с защелкой на кабель, шум был снижен ориентировочно на 5...10 ДБ.
Подключение мобильного телефона
Как показано на рисунке 4, переносной терминал был подключен к телефону с помощью эксклюзивного типа кабеля, фильтр ZCAT1518-0730 устанавливали на силовой кабель. Результаты измерений приведены на рисунке 5. Перед установкой фильтра шум фиксировался в широком диапазоне частот от 100 до 600 МГц. Как и в предыдущем тестировании после двойной обмотки эксклюзивного кабеля вокруг фильтра уровень шума был снижен до 5..10 дБ. Кроме того, было обнаружено, что помехи на частоте 600 МГц и выше, уровень которых не поменялся после установки фильтра, были вызваны другими источниками,а не кабелем.
Ферритовые фильтры с защелкой на кабель улучшают устойчивость к электростатическим разрядам
При установке фильтра с защелкой на кабель не только снижается уровень шума, но также уменьшается вероятность появления ошибок, вызванных внешними источниками помех, таких как скачки напряжения или статическое электричество. Тест на ESD (электростатический разряд), основанный на международном стандарте IEC61000-4, для испытания устойчивости, проводился с целью исследования частоты или изменения количества ошибок до и после установки фильтра.
Электростатический разряд - это явление, которое происходит, когда электрический заряд, накопленный на поверхности тела вследствие таких причин, как трение с одеждой, разряжается при соприкосновении с корпусом электронного устройства. Помехоустойчивость - это сопротивление шуму от внешних источников.
Способ измерения
Как показано на рисунке 6 в рабочих условиях осуществлялось соединение переносного терминала и принтера. На переносном терминале (ПК) происходил разряд статического электричества. Условия, при которых происходили ошибки, были записаны.Электрический разряд проводили 10 раз с интервалом в одну секунду по отношению к разъему кабеля (в месте соединения с кабелем) на стороне переносного терминала. Приложение разряда осуществлялось по методу контактного разряда в соответствии с международным стандартом IEC61000-4-2. Осциллограмма импульсного сигнала для тестирования, описанного в стандарте IEC61000-4-2 , представлена на рисунке 7. Испытательное напряжение (уровни разряда) составляло: 2 кВ, 4 кВ и 6 кВ.
Результаты тестирования
Результаты тестирования представлены в таблице 1. Когда фильтр еще не был установлен, при испытательном напряжении 4 кВ наблюдались такие ошибки как остановка некоторых операций принтера. При 6 кВ принтер полностью прекращал работу. При использовании фильтра ZCAT2035-0930A (одинарная обмотка) проблемы в результате выполнения операций при испытательном напряжении 4 кВ отсутствовали, а при 6 кВ было отмечено несколько ошибок в работе. При использовании фильтра с двойной обмоткой, ошибки не были обнаружены.Форма сигналов электростатического разряда до и после установки фильтра приведены на рисунке 8. Осуществлялась двойная обмотка. Электростатический разряд был значительно ослаблен благодаря фильтру. Сигналы наблюдались в положении вблизи фильтра на кабеле между фильтром и принтером.
Снижение уровня шума под воздействием электростатического разряда в параллельной двухпроводной линии передачи данных
Эффект подавления помех при электростатическом разряде с использованием ферритового фильтра с защелкой на кабель оценивали экспериментально при его установке на параллельную двухпроводную линию. Сравнение проводили на примере фильтра, рассмотренного выше.
Установка для измерений
Установка для измерений приведена на рисунке 9. Два параллельных провода длиной 1 м были помещены на высоте 0,1 м от пластины заземления. Напряжение 6 кВ, сформированного электростатическим генератором, подавали на вход линии с помощью генератора электростатического разряда. Между электростатическим разрядом и линией появлялся контакт. Форма импульса статического электричества, генерируемая электростатическим генератором, соответствовала высокоскоростному пиковому напряжению с временем нарастания от 0,7 до 1 нс. Фильтры ZCAT2035-0930A (ZCAT) и синфазный дроссель, устанавливаемый на плате, ZJYS51R5-2P (ZJYS) были установлены по середине параллельных проводов. Далее наблюдали изменение формы сигнала электростатического разряда на выходе. Как показано на рисунке 10, использовали два типа плат, на которых устанавливались компоненты ZJYS. Первая плата имела толщину 1 мм, слой из медной фольги на обратной стороне отсутствовал. Толщина второй платы составляла 0,3 мм, вся поверхность обратной стороны являлась пластиной заземления.
Эффект подавления импульсных помех высокого уровня
Широкая линейка выпускаемых компонентов
В заключение, диаграмма выбора линейки фильтров серии ZCAT производства TDK показана в таблице 2. TDK предоставляет различные серии компонентов, охватывающих широкий спектр областей применения, от использования в кабелях общего назначения до плоских кабелей.
| Применение | Тип | Диаметр кабеля, (мм) | Код заказа | Изображение |
| Кабели | Самозажимной механизм | 3...5 | ZCAT1325-0530A (-BK) |  |
| 4...7 | ZCAT1730-0730A (-BK) | |||
| 6...9 | ZCAT2035-0930A (-BK) | |||
| 8...10 | ZCAT2235-1030A (-BK) | |||
| 10...13 | ZCAT2436-1330A (-BK) | |||
| Кабель крепится к корпусу нейлоновым ремешком | 7 макс. | ZCAT1518-0730 (-BK) |  |
|
| 9 макс. | ZCAT2017-0930 (-BK) | |||
| 9 макс. | ZCAT2032-0930 (-BK) | |||
| 11 макс. | ZCAT2132-1130 (-BK) | |||
| 13 макс. | ZCAT3035-1330 (-BK) | |||
| Плоские кабели | 20-жильные плоские кабели | 12 макс. | ZCAT3618-2630D (-BK) |  |
| 26-жильные плоские кабели | 13 макс. | ZCAT4625-3430D (-BK) | ||
| 40-жильные плоские кабели | 17 макс. | ZCAT6819-5230D (-BK) |
Ферритовые чип-фильтры предназначены для подавления электромагнитных помех в различных узлах электронной аппаратуры, где используются высокая плотность монтажа компонентов, высокие рабочие частоты, где требуется обеспечение высокого уровня помехоустойчивости и снижение уровня ЭМИ. Тайванская компания , используя самые современные технологии, выпускает широкую номенклатуру многослойных ферритовых чип-фильтров с отличным соотношением «цена-качество».
Ферритовый фильтр является пассивным электрическим компонентом, использующимся для подавления высокочастотных помех в электрических цепях. Ферритовые фильтры-бусины (ferrite-beads) имеют конструкцию в виде ферритового полого цилиндра, кольца или тора, внутри которого проходит токовый проводник. Для увеличения индуктивности ферритового фильтра может использоваться и многовитковая тороидальная обмотка. Ферритовые фильтры используются как на сигнальных проводах для ослабления внешних помех, так и на проводах питания для уменьшения в них собственных ВЧ-помех.
Многослойные ферритовые чип-фильтры
Для поверхностного монтажа конструкция ферритовых фильтров реализуется посредством применения технологии многослойной пленочной структуры. Для увеличения эффективности фильтров в малых объемах требуется индуктивность высокой плотности. Для этого используется интегральная обмотка, выполненная на многослойной пленочной структуре.
На каждом слое тонкой подложки формируется пленочная структура полувитка обмотки. На двух слоях выполняется один виток обмотки. При спекании десятков или сотен слоев производится соединение секций проводников, в результате чего формируется объемная катушка с ферритовым стержнем внутри. Слои могут располагаться как в горизонтальной плоскости (типовая конструкция), так и в вертикальной (фильтры для СВЧ-диапазона свыше 1 ГГц). На рисунке 1 показаны топологии слоев в структуре ферритового чип-фильтра.
В структуре используются марганец-цинковые и никель-цинковые пленки ферритов. Применение различных ферритовых материалов, размеров, а также топологии слоев обеспечивает получение чип-фильтров с различными параметрами.
На рисунке 2 показана структура чип-фильтра с горизонтальной топологией слоев интегральной обмотки.
Использование дополнительной структуры катушки вместо обычного монолитного ферритового стержня позволяет увеличить импеданс при меньших габаритах. В действительности определенная часть ферритовых чип-фильтров устроена именно как ферритовый стержень с двумя электродами.
Ферритовые чип-фильтры для фильтрации электромагнитных помех изготавливаются по многослойной технологии, использующей никель-цинковые ферромагнитные материалы. На рисунке 3 показана структура и процесс формирования многослойных ферритовых чип-фильтров. Структура катушки формируется в нескольких слоях ферритового материала.
Технология производства многослойных ферритовых ЭМИ-фильтров точно такая же, как и для производства многослойных чип-индуктивностей. Только в них для формирования ферритовых слоев используются различные типы материалов. Для ферритовых чип-фильтров используется материал с большим поглощением, а для чип-индуктивностей, наоборот, с меньшим поглощением на высоких частотах.
Ферритовые чип-фильтры внешне очень похожи на керамические конденсаторы. На рисунке 4 показан внешний вид ферритового чип-фильтра Chilisin.
Основные параметры ферритовых чип-фильтров Chilisin
Основными параметрами, по которым производится выбор чип-фильтров являются: рабочий диапазон частот, импеданс на тестовой частоте 100 МГц (в Ом), сопротивление на постоянном токе (в Ом), максимально допустимый ток, допустимое отклонение импеданса от номинала, форм-фактор (размеры корпуса), а также рабочий температурный диапазон.
Номинальный импеданс приводится, как правило, на частоте 100 МГц. Для СВЧ-диапазона приводятся типовые значения импеданса на частоте 1000 МГц.
Допустимое отклонение от номинала приводится в относительных единицах. Габариты, номинальное значение импеданса и разброс импеданса присутствуют в названии компонента. Для выбора необходимого фильтра важно знать и другие параметры, которые не даны в названии. Они приведены в технической документации на компонент. Это:
- сопротивление индуктивности по постоянному току (в Ом);
- предельный рабочий ток, при котором не происходит насыщение ферритового материала индуктивности (в мА);
- вид частотной характеристики импеданса.
В таблице 1 приведены возможные типоразмеры для ферритовых чип-фильтров Chilisin.
Таблица 1. Типоразмеры ферритовых чип-фильтров Chilisin
| Код | Размер (ДxШxВ), мм | Код EIA |
| 060303 | 0.6×0.3×0.3 | 0201 |
| 100505 | 1.0×0.5×0.5 | 0402 |
| 160808 | 1.6×0.8×0.8 | 0603 |
| 201209 | 2.0×1.2×0.9 | 0805 |
| 201212 | 2.0×1.2×1.25 | 0805 |
| 321611 | 3.2×1.6×1.1 | 1206 |
| 321616 | 3.2×1.6×1.6 | 1206 |
| 322513 | 3.2×2.5×1.3 | 1210 |
| 451616 | 4.5×1.6×1.6 | 1806 |
| 453215 | 4.5×3.2×1.5 | 1812 |
Номинальный ток
Это максимальный постоянный ток, который может протекать через чип-фильтр. Для ферритов определяется как ток, при котором нагрев компонента не превышает 20°C. При более высоких токах, протекающих через компонент, происходит насыщение феррита и, как следствие, снижение полного сопротивления до 25%.
Сопротивление постоянному току
Величина сопротивления постоянному току чип-фильтра зависит от длины чипа, числа слоев в феррите, толщины и конфигурации. Сопротивление измеряется при комнатной температуре. Чип-фильтры имеют сопротивление по постоянному току от нескольких мОм до нескольких Ом в зависимости от типа.
Частотные характеристики импеданса ферритовых чип-фильтров
Эквивалентная схема ферритового чип-фильтра – последовательно включенные индуктивность и сопротивление.
Величина сопротивления сильно зависит от частоты проходящего сигнала. Ферритовые ЭМИ-фильтры - это индуктивности с большими потерями на перемагничивание. Эта особенность и является основным отличием чип-фильтров от чип-индуктивностей.
Чип-фильтры изготавливаются из специальных ферритов с большими потерями на перемагничивание. Эта энергия выделяется в виде тепла. Тепло выделяется на активном сопротивлении, а не на индуктивности! Импеданс чип-фильтра определяется двумя компонентами: активной и реактивной. Формула для определения импеданса:
где R – активная компонента, а X – реактивная. Обе компоненты являются частотно-зависимыми. В документации на чип-индуктивность для каждой серии приводится частотные характеристики импеданса и его составляющих. На рисунке 5 показаны типовые частотные характеристики импеданса ферритового чип-фильтра. X - это реактивная часть импеданса, R - активная, Z - полный импеданс.
Как видно из рисунка, после 30 МГц активное сопротивление преобладает над реактивным. Ниже резонансной частоты полное сопротивление компонента по существу определено индуктивной составляющей. В диапазоне 50…100 МГц ситуация меняется. Активная составляющая потерь доминирует с увеличением частоты, а индуктивная составляющая стремится к нулю. Импеданс чип-фильтров увеличивается с частотой, что характерно и для чип-индуктивностей. Основной характеристикой импеданса индуктивности (Z) является реактивное сопротивление (X). С другой стороны, поскольку фильтр создан на базе ферритового материала, имеющего большие потери на высоких частотах, основной характеристикой в высокочастотном диапазоне является резистивная компонента (R). По сравнению с обычной индуктивностью, ферритовый чип-фильтр обладает лучшей способностью к поглощению энергии ЭМИ, обеспечивая эффект подавления высокочастотных шумов.
Система обозначений многослойных ферритовых чип -фильтров Chilisin
На рисунке 6 приведена система обозначений для ферритовых чип-фильтров Chilisin. Эта система обозначений применима для следующих серий чип-ферритовых ЭМИ-фильтров Chilisin: SB, GB, PB, UPB, NB, HF, VPB.
- название серии определяется технологией, а также особенностями конструкции и применения;
- размеры корпуса: А,B,C, мм;
- тип упаковки: T (type reel) – в катушке, B (bulk) – россыпью;
- номинальное значение импеданса приводится на тестовой частоте 100 МГц, например, 10…1000 Ом;
- код разброса допустимых значений импеданса от номинального. Допустимое отклонение от номинала для разных групп дается в относительных единицах;
- коды отклонений: Y = ±25%; M = ±20%; T = ±30%.
Следует отметить, что для ферритовых ЭМИ-фильтров важна не столько высокая точность номинала импеданса, сколько точность значения индуктивности для ферритовых чип-индуктивностей.
В таблице 2 приведены основные параметры для различных серий ферритовых многослойных чип-фильтров, производимых Chilisin.
Таблица 2. Базовые параметры ферритовых чип-фильтров Chilisin
| Наименование | Код типоразмера, мм/дюйм | Импеданс, Ом | Предельный рабочий ток, мА |
| Для НЧ сигнальных цепей с частотой до 1 ГГц | |||
| NEW! | 0603/0201 | 60…470 | 200…300 |
| 1005/0402 | 6…2500 | 100…500 | |
| 1608/0603 | 7…2700 | 200…500 | |
| 2012/0805 | 7…2700 | 100…600 | |
| 3216/1206 | 11…1500 | 200…600 | |
| 3216/1206 | 25…70 | 500 | |
| 3225/1210 | 26…2000 | 200…500 | |
| 4516/1806 | 33…170 | 500…600 | |
| 4532/1812 | 30…125 | 500 | |
| NEW! | 0603/0201 | 10…600 | 100…500 |
| 1005/0402 | 6…330 | 100…500 | |
| 2012/0805 | 5…56 | 500…600 | |
| 3216/1206 | 8…60 | 500…600 | |
| 3216/1206 | 25…60 | 500 | |
| 3225/1210 | 32…120 | 500 | |
| 4516/1806 | 33…100 | 500…600 | |
| 4532/1812 | 70…150 | 500 | |
| 1608/0603 | 6…2700 | 200…500 | |
| 2012/0805 | 60…2700 | 200…500 | |
| 3216/1206 | 70…2700 | 300…500 | |
| 3216/1206 | 70 | 500 | |
| 1608/0603 | 10…1500 | 150…1000 | |
| 2012/0805 | 60…2000 | 400…800 | |
| 3216/1206 | 70…2000 | 400…800 | |
| 2012/0805 | 7…40 | 800…1000 | |
| 3216/1206 | 19…60 | 800…1000 | |
| Для шин питания с полосой до 1 ГГц | |||
| NEW! | 0603/0201 | 10…240 | 350…1000 |
| 1005/0402 | 7…120 | 1200…2000 | |
| 1608/0603 | 6…1500 | 500…4000 | |
| 2012/0805 | 5…1500 | 1000…6000 | |
| 3216/1206 | 7…1500 | 800…6000 | |
| 3225/1210 | 19…120 | 2500…4000 | |
| 4516/1806 | 19…1300 | 2000…6000 | |
| 4532/1812 | 19…1300 | 1500…6000 | |
| 1005/0402 | 10 | 2000 | |
| 1608/0603 | 10…1000 | 800…4000 | |
| 2012/0805 | 7…1000 | 1500…6000 | |
| 3216/1206 | 11…1500 | 800…6000 | |
| 3225/1210 | 60…90 | 3000…4000 | |
| 4516/1806 | 50…150 | 2000…6000 | |
| 4532/1812 | 30…130 | 3000…6000 | |
| NEW! | 1005/0402 | 33…600 | 900…3000 |
| NEW! | 1608/0603 | 26…330 | 1500…3300 |
| 1608/0603 | 10…180 | 2000…5000 | |
| 2012/0805 | 11…330 | 3000…6000 | |
| 2012/0805 | 50…120 | 5000…6000 | |
| 3216/1206 | 11…220 | 4500…6000 | |
| 4516/1806 | 60…110 | 4000…7000 | |
| 4532/1812 | 40…150 | 6000…9000 | |
| Для фильтрации ВЧ-сигнальных цепей с полосой до 1 ГГц | |||
| 1005/0402 | 3…240 | 250…500 | |
| 1608/0603 | 4…500 | 200…700 | |
| 2012/0805 | 80…300 | 400…500 | |
| 0603/0201 | 10…120 | 100…300 | |
| 1005/0402 | 6…600 | 200…500 | |
| 1608/0603 | 5…2500 | 100…700 | |
| 2012/0805 | 5…2700 | 200…800 | |
| 3216/1206 | 15…1500 | 300…600 | |
| Для фильтрации СВЧ-сигнальных цепей с полосой свыше 1 ГГц | |||
| 1005/0402 | 200…1000 | 250…450 | |
| 1005/0402 | 600…1800 | 200…300 | |
| Для фильтрации СВЧ-цепей с полосой свыше 1 ГГц и большим током | |||
| NEW! | 1005/0402 | 120…220 | 700…1500 |
| Для фильтрации сильноточных цепей с полосой до 1 ГГц | |||
| 1608/0603 | 10…600 | 2000…6000 | |
Типовые частотные характеристики импеданса ферритовых чип-фильтров
Для выбора подходящего чип-фильтра важно знать и учитывать частотную характеристику импеданса. Ниже, для справки, приведены типовые частотные характеристики импеданса для нескольких популярных серий чип-фильтров, применяемых для фильтрации в сигнальных цепях и цепях питания.
Серия GB
На рисунке 7 приведены типовые частотные характеристики серии GB.
С ростом частоты импеданс фильтра увеличивается. Фильтр применяется в относительно низкочастотных цепях с рабочими частотами до 1 ГГц.
Серия HF
В конструкции новой высокочастотной серии ферритовых чип-фильтров HF с полосой рабочих частот свыше 1 ГГц используется не продольное размещение слоев (горизонтальное), а поперечное (вертикальное). На рисунке 8 приведена частотная характеристика импеданса чип-фильтра серии HF100505T.
Чип-фильтр серии PBY
На рисунке 9 приведена частотная характеристика импеданса ферритового чип-фильтра серии PBY, предназначенного для применения в сильноточных цепях с рабочими токами до 6 А.
Выбор и применение чип-фильтров Chilisin
Для выбора оптимального типа ферритового чип-фильтра в первую очередь определяется спектр помех, требуемый уровень их подавления и диапазон рабочих токов. Исходя из условий применения, выбирается импеданс и допустимое сопротивление чип-фильтра по постоянному току. По полученным параметрам подбирается серия и тип чип-фильтра с требуемой полосой эффективного подавления помех. Значение тока и сопротивление особенно важны при установке чип-фильтров в цепях питания. В первую очередь нужно выбирать такие типы, которые обеспечивают работу фильтра без насыщения. Значение сопротивления на постоянном токе обеспечит минимальное падение напряжения.
Таблица 3. Характерные значения импедансов для различных цепей
Типовыми применениями для ферритовых чип-фильтров является:
- фильтрация «звона» в линиях передачи данных;
- развязка питающего напряжения;
- развязка земли.
Фильтрующий эффект увеличивается при:
- использовании шунтирующих конденсаторов, подключаемых к земле. Выбор номинала конденсатора зависит от спектра помех и частоты затухания;
- низком выходном сопротивление источника.
Устанавливаются чип-фильтры, как правило, максимально близко к устройству-источнику помех, чтобы уменьшить эффективную длину провода-антенны с высокочастотным шумом.
Установка EMI-фильтров в местах подключения интерфейсных кабелей
Наибольшего подавления помех в интерфейсных кабелях можно добиться, используя в местах подключения кабелей ферритовые чип-фильтры. При разработке платы очень важно обеспечить минимальный импеданс на высоких частотах между земляным выводом (GND) ЭМП-фильтра на печатной плате и металлическим корпусом.
Фильтрация на шинах тактовых сигналов
Тактовые сигналы высокой частоты являются источниками ВЧ-помех. Частоты тактового сигнала и помехи могут быть расположены близко друг к другу. Поэтому необходимо использовать фильтры с высоким коэффициентом затухания и крутизной спадов АЧХ – ферритовые чип-фильтры для высокоскоростных линий передачи сигналов.
Установка EMI-фильтров на шинах передачи сигналов
Параллельные шины передачи данных содержат множество линий передачи сигналов, переключающихся одновременно. Изменение сигналов на шинах адреса и данных вызывает значительное увеличение импульсного тока, протекающего в цепях земли (GND) и питания. Поэтому необходимо ограничивать ток, протекающий по линиям передачи сигналов.
Установка чип-фильтров в местах подключения кабеля LVDS
Кабельное соединение материнской платы ноутбука с ЖК-дисплеем повышает уровень излучаемых компьютером помех за счет гармоник LVDS-сигналов и помех от интегральных микросхем, расположенных вдоль линии передачи сигналов. Так как частота передаваемых LVDS-сигналов достигает сотен мегагерц, то для предотвращения искажения формы сигналов и подавления синфазных помех рекомендуется использовать чип-фильтры серии NB. При передаче дифференциальных сигналов LVDS магнитные потоки, создаваемые протекающим током, взаимно компенсируются, что приводит к снижению уровня помех. Однако наличие отраженных сигналов может привести к неравенству токов, протекающих по парам проводников. В этом случае синфазные дроссели работают как трансформаторы для балансировки токов, что позволяет, в конечном счете, снизить уровень электромагнитных помех.
Подавление помех в интерфейсе с ЖК-дисплеем
Графический контроллер соединен с драйверами ЖК-дисплея множеством линий передачи сигналов, переключающихся одновременно. Эти переключения вызывают протекание по цепям питания и земли большого импульсного тока. Поэтому следует ограничивать ток в сигнальных линиях. Для этих целей хорошо подходят ферритовые чип-фильтры серии NB. На линиях тактовых сигналов, особенно работающих на высоких скоростях и при высоких уровнях помех, применяют фильтры серии HF или HP, обладающие высокими коэффициентом затухания и крутизной спадов АЧХ. Помехи, создаваемые переходными токами, возникают также в цепях питания. Поэтому для подавления помех в цепях питания устанавливаются ферритовые чип-фильтры, а также шунтирующие конденсаторы. В таблице 4 приведены примеры типовых применений ферритовых чип-фильтров в электронной аппаратуре.
Таблица 4. Типовые применения ферритовых чип-фильтров Chilisin различных серий
| Наименование | Категория применений |
Типовые применения |
Базовые параметры | |
| Ток, мА | Импеданс, кОм | |||
| Фильтрация помех в сигнальных цепях с полосой до 1 ГГц | ||||
| SB | Общее применение | Смартфоны, бытовая электроника, цифровые фотокамеры | 50…500 | 0.005…2.7 |
| GB | Общее применение | Смартфоны, мобильная аппаратура | 100…500 | 0.007…2 |
| Фильтрация помех в сигнальных цепях с полосой порядка 1 ГГц | ||||
| NB | Цифровые ВЧ-сигналы | Видеодекодеры, цепи DSP, Bluetouth, смартфоны, цифровые фотокамеры, спутниковые ресиверы, тюнеры | 50…500 | 0.005…2.7 |
| Фильтрация помех в сигнальных цепях с полосой более 1 ГГц | ||||
| HF; HP | СВЧ-сигналы свыше 1 ГГц | СВЧ-приемники и трансиверы | 50…2000 | 0.12…1.8 |
| Фильтрация помех в силовых цепях с током до 6 А | ||||
| PB | Цепи питания общего назначения | DC/DC-конверторы, видеодекодеры, цепи USB/IEEE1394, LAN интерфейсов, видеоплаты, цифровые фотокамеры | 800…6000 | 0.005…1.5 |
| UPB | Сильноточные цепи | DC/DC-конверторы | 4000…6000 | 0.005…0.33 |
Совместимость и взаимозаменяемость
Технология производства многослойных ферритовых чип-фильтров, используемая компанией Chilisin, полностью соответствует технологии многослойных ферритовых чип-фильтров, используемых ведущими производителями, такими как TDK, Murata, T-Yuden, Vishay, Sumida, Kemet. Ферритовые чип-фильтры Chilisin по своим параметрам полностью идентичны чип-фильтрам других производителей, и могут быть рекомендованы в качестве альтернативной замены. Представленные в таблице 5 серии ферритовых чип-фильтров являются полными или близкими аналогами соответствующих компонентов Chilisin.
Таблица 5. Соответствие аналогов ферритовых чип-фильтров Chilisin различных производителей
| Код типоразмера, мм/дюйм |
Компания | |||
| Chilisin | Murata | TDK | Taiyo Yuden | |
| Серия SB | ||||
| 0603/0201 | MMZ0603SхххC | |||
| 1005/0402 | MMZ1005SхххC | |||
| 1608/0603 | MMZ1608SхххC | |||
| 2012/0805 | / | MMZ2012SхххC | ||
| 0603/0201 | MMZ0603YхххC | |||
| 1005/0402 | MMZ1005YхххC | / | ||
| 1608/0603 | MMZ1608YхххC | / | ||
| 2012/0805 | MMZ2012YхххC | – | ||
| Серия GB | ||||
| 1608/0603 | MMZ1608SхххC | – | ||
| 2012/0805 | / | MMZ2012SхххC | ||
| Серия NB | ||||
| 1005/0402 | ||||
| 1608/0603 | ||||
| 2012/0805 | – | |||
| 1005/0402 | ||||
| 1608/0603 | – | |||
| 0603/0201 | BLM03AX(PG) | MPZ0603SхххC | ||
| 1005/0402 | ||||
В нашем быту появилось огромное множество средств вычислительной техники, которая работает на токах высокой частоты. Ведь чем выше частота, тем выше скорость обработки информации.
Однако, высокочастотные токи накладывают ряд технических ограничений на соединительные кабели для передачи таких сигналов. В первую очередь это связано с побочными электромагнитными излучениями и наводками (ПЭМИН).
Простейший способ борьбы с ПЭМИН – увеличить индуктивность.
Индуктивность – это показатель соотношения величины силы тока, проходящего через контур, и создаваемого им магнитного потока. Если речь идет о прямолинейных проводах, то под индуктивностью подразумевается величина, характеризующая энергию магнитного поля (здесь ток считается постоянной величиной).
Индуктивность можно увеличить применением специального ферритового кольца. Как выглядят на кабелях ферритовые фильтры, можно посмотреть на фото ниже.
Ферритовые кольца – это компоненты электрической цепи, которые используются как пассивные элементы для фильтрации высокочастотных помех за счет повышения индуктивности проводника и поглощения помех, превышающих заданный порог.
Такие свойства ферритовому фильтру придает материал, из которого он изготовлен – феррит.
Феррит – это общее название соединений на основе оксида железа и оксидов других металлов. Ферриты совмещают в себе свойства ферромагнетиков и полупроводников (иногда диэлектриков) и потому используются в качестве сердечников катушек, постоянных магнитов, выступают в качестве поглотителей электромагнитных волн высоких частот и т.д.
Ферритовые кабельные фильтры с защелкой — принцип работы
Работа ферритового фильтра напрямую зависит от характеристик материала, из которого он изготовлен. За счет специальных добавок оксидов различных металлов меняются свойства феррита.
Принципиально различают несколько способов применения ферритовых колец:
- На одножильных (однофазных) проводах он может, наоборот, поглощать излучение в определенном диапазоне, преобразуя наводки в тепловую энергию. Таким образом негативные частоты могут поглощаться (отсекаться) ферритовым кольцом.
- На одножильных проводах, где он работает как своеобразный усилитель, так как возвращает часть высокочастотного магнитного поля обратно в кабель, что приводит к усилению сигнала в заданном диапазоне.
- На многожильных проводах феррит работает как синфазный трансформатор, который пропускает несимметричные сигналы в кабеле (импульсы тока, например, в кабелях передачи данных или в цепях питания постоянным током) и гасит симметричные сигналы (которые потенциально могут вызываться в таких кабелях только электромагнитными наводками).
Где использовать и как выбрать ферритовый фильтр
Если говорить о практике применения, то на кабелях питания ферритовые кольца применяются для уменьшения помех, которые могут создать сами кабели, а на сигнальных (передающих данные) ферриты гасят возможные внешние помехи и наводки.
Ферритовые кабельные фильтры могут быть встроенными (кабель продается уже с ферритовым кольцом) или отдельными (чаще всего это защелкивающиеся вокруг провода модели), которые не требуют каких-либо доработок самого кабеля.
Провод может вставляться в центр ферритового фильтра (получается одновитковая катушка), а может образовывать вокруг кольца несколько витков (тороидальная обмотка). Последний способ значительно увеличивает эффективность работы фильтра.
Чтобы подобрать ферритовое кольцо под заданные требования, нужно знать характеристики материала, из которого оно изготовлено и габариты изделия.
Для примера ниже в таблице обозначены основные характеристики ферритовых фильтров, предлагаемых на рынке.
| Маркировка | RF-35М | RF-50М | RF-70М | RF-90М | RF-110S | RF-110A | RF-130S | RF-130A |
| Импеданс, Ом (для частоты в 50 Мгц) | 165 | 125 | 95 | 145 | 180 | 180 | 190 | 190 |
| График зависимости импеданса от частоты, на рисунке № | 4 | 5 | 6 | 7 | 3 | 8 | 3 | 3 |
| Диаметр отверстия, мм | 3.5 | 5 | 7 | 9 | 11 | 11 | 13 | 13 |
| Размер, мм | 25х12 | 25х13 | 30х16 | 35х20 | 35х20 | 33х23 | 39х30 | 39х30 |
| Вес, г | 6 | 6.5 | 12 | 22 | 44 | 40 | 50 | 50 |
График зависимости частоты и импеданса
Импеданс – это полное внутреннее сопротивление элемента электрической цепи к переменному (гармоническому) току (сигналу). Измеряется, как и обычное сопротивление, в омах.
Еще одним немаловажным параметром ферритовых фильтров является их магнитная проницаемость.
Магнитная проницаемость – это коэффициент, который характеризует связь между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля в веществе.
Исходя из вышесказанного, для того, чтобы обозначить основные свойства ферритовых фильтров, производители прибегают к следующей маркировке:
3000HH D * d * h, где:
- 3000 – это показатель начальной магнитной проницаемости феррита,
- HH – это марка феррита (чаще всего это HH – ферриты общего назначения, или HM – для слабых магнитных полей),
- D – наибольший (внешний) диаметр,
- d – меньший (внутренний) диаметр,
- h – высота тороида.
Приведем типовые примеры применения ферритов:
- Марка 100НН может использоваться для кабелей с частотами до 30 МГц,
- 400НН - с частотами не выше 3,5 МГц,
- 600НН - с частотами до 1,5 МГц
- 1000НН - до 400 кГц.
То есть, к примеру, антенный ферритовый фильтр должен быть марки HH.
А вот ферритовый фильтр для USB кабеля лучше всего выбрать с маркой HM (для кабелей со слабым магнитным полем).
Соотношение марок и частот выглядит следующим образом:
- 1000НМ - используется с кабелями, работающими с частотой не более 1 МГц,
- 1500НМ - не более 600 кГц,
- 2000НМ и 3000НМ - не свыше 450 кГц.
В большинстве случаев достаточно подобрать правильный ферритовый фильтр и защелкнуть его на кабеле ближе к месту подключения к прибору.
Схема наматывания витков вокруг ферритового кольца Однако, в отдельных случаях, для увеличения импеданса можно сделать кабелем несколько витков вокруг кольца феррита и тогда импеданс будет возрастать кратно квадрату числа витков. То есть с двух витков в 4 раза, а с 3 – уже в 9 раз.
На практике, конечно, реальный показатель увеличения немного меньше теоретического.
Для того чтобы после наматывания ферритовое кольцо защелкнулось, необходимо заранее определиться с количеством витков провода и рассчитать внутренний диаметр фильтра, чтобы он закрылся, не передавив кабель.
