Conceptos básicos de EMC: modo común frente a ruido diferencial

Como recordatorio rápido,corrientes diferencialesfluyen en direcciones opuestas a través de la ruta de origen y de retorno, mientrascorrientes de modo comúnfluyen en la misma dirección a través del camino de origen y de retorno, completando el circuito a través del camino de tierra.

¿Cómo sabes si estás lidiando conruido de modo comúnoruido diferencial ? Esta es una pregunta común que necesita respuesta.

Aquí tienes un truco rápido que te ayudará a encaminarte en la dirección correcta. Si bien no es 100% exacto, ayuda a iniciar el proceso.

Imagínese a un médico prescribiéndole antibióticos sin saber si tiene una infección bacteriana o un virus. Lo hace sabiendo que si usted tiene una infección bacteriana, el medicamento funcionará y el problema se resolverá. Si el medicamento no funciona, al menos él sabe que está tratando con un virus y luego lo tratará en consecuencia.

Entonces, en nuestro caso, simplemente puedes aplicar unferrita de abrazadera en un cable, recordando que ambas líneas (Vcc y tierra) estarán en ese cable. Si se reduce el ruido (o se aumenta la inmunidad), entonces es un problema de modo común. Si no hay ningún efecto, es un problema de modo diferencial.

Por lo tanto, a nivel de placa, si se trata de un problema de modo común, se puede utilizar un estrangulador de modo común. Si el problema es el modo diferencial, se puede utilizar un chip de ferrita.

Las ferritas de sujeción suelen fabricarse con dos tipos diferentes de materiales: manganeso zinc (MnZn) y níquel zinc (NiZn).

níquel zincSe puede utilizar en situaciones con ruido conducido o irradiado a altas frecuencias.zinc manganesoSe utiliza principalmente para ruido conductor a frecuencias más bajas porque su mayor permeabilidad proporciona más impedancia.

Esta imagen proporciona una guía sobre qué material utilizar según su situación. Por supuesto, hay excepciones, pero esto es lo que nos parece típico.

Aquí tenemos una representación visual de cómo funciona un estrangulador de modo común.

Las flechas rojas representan unaseñal diferencial entrando. Esta es una señal útil. Crea un campo magnético dentro del núcleo que va en una dirección, según la regla de la mano derecha.

La señal diferencial luego regresa a la fuente, lo que crea otro campo magnético, según la regla de la mano derecha. Estos dos campos se cancelarán entre sí en el núcleo.

El ruido de modo común también crea un flujo magnético dentro del núcleo, pero esta vez ambas señales de ruido están en la misma dirección, como lo muestran aquí las flechas negras que resultan en la suma de los campos magnéticos. El núcleo responderá con alta impedancia al ruido no deseado.

Algo a tener en cuenta al utilizar un filtro de modo común es que habrá una impedancia diferencial que podríaatenuar la señal útil. Como se muestra en el gráfico de la Figura 6, la línea azul representa la impedancia del modo común y la línea de puntos roja muestra la impedancia diferencial.

Esto significa que si la señal está a 100 MHz, al utilizar esta solución de modo común, habrá cierta atenuación involuntaria de la señal debido a la impedancia diferencial.

Aquí hay un ejemplo específico. La línea azul representa la impedancia del modo común y la línea de puntos roja muestra la impedancia del modo diferencial. La señal útil se muestra mediante una línea negra gruesa justo en 4 MHz.

Esto hace un buen uso de los choques de modo común, con una impedancia de modo común alta justo en esos 4 MHz y una impedancia de modo diferencial baja.

Por lo tanto, el impacto sobre el ruido es alto y el impacto sobre la señal útil se mantiene al mínimo. Al leer las hojas de datos, verifique tanto la impedancia del modo común como la impedancia del modo diferencial para esa pieza.

Hay dos tipos de devanados utilizados en un estrangulador de modo común: seccional y bifilar.

Componentes enrollados seccionalmente Son más útiles en aplicaciones de suministro de energía porque las líneas de alto voltaje deben estar separadas por una distancia mínima. También se pueden utilizar como inductores para atenuar el ruido en modo diferencial. Debido a que los componentes seccionales tienen una inductancia de fuga más alta, atenúan el ruido en modo diferencial así como el ruido en modo común.

Partes de herida bifilar Se utilizan normalmente para líneas de señal de datos de bajo voltaje porque no queremos atenuar la señal del modo diferencial (señal útil). Por lo tanto, tiene una inductancia de fuga más baja y se utiliza para filtrar el ruido en una señal.

En resumen, la forma en que ambas partes atenúan el ruido en modo común es muy similar. Sin embargo, existe una gran diferencia entre las piezas de bobinado seccional y bifilar cuando se trata de atenuación de ruido en modo diferencial.

Puede ver estas diferencias mostradas con las líneas roja y negra de la Figura 8. Observe que la impedancia del modo común (líneas continuas) es muy similar, mientras que la impedancia del modo diferencial (líneas discontinuas) es muy diferente.

La herramienta en línea REDEXPERT de Würth Elektronik puede ayudarle a encontrar los componentes adecuados para atenuar el ruido. Utilice el Diseñador de filtros EMI de REDEXPERT para ayudar a diseñar y visualizar los resultados. Simplemente ingrese los detalles del sistema y el ruido que desea atenuar para encontrar los componentes adecuados.

Al comprender la diferencia entre el modo común y el ruido diferencial, así como también cómo utilizar los inductores de modo común, podrá reducir el ruido no deseado en sus diseños. Nuestro próximo artículo proporcionará aún más información sobre el ruido diferencial y las ferritas de microesferas, así que esté atento para seguir mejorando sus conocimientos sobre EMC.

Mientras tanto, nuestros artículos anteriores sobre Conceptos básicos de EMI y Pérdidas de EMC también están disponibles.