Ферритовый фильтр на кабель с защелкой. Многослойные ферритовые чип-фильтры компании Chilisin

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

Каждый из нас видел на шнурах питания или на кабелях согласования электронных устройств небольшие цилиндры. Их можно встретить на самых обычных компьютерных системах, как в офисе, так и дома, на концах проводов, которые соединяют системный блок с клавиатурой, мышью, монитором, принтером, сканером и т. д. Данный элемент носит название "ферритовое кольцо" (или ферритовый фильтр). В этой статье мы разберемся, с какой целью производители компьютерной и высокочастотной техники оснащают свою кабельною продукцию упомянутыми элементами.

Физические свойства

Феррит является ферримагнетиком, не проводящим электрический ток, то есть по сути это магнитный изолятор. В этом материале не создаются и поэтому он весьма быстро перемагничивается - в такт частоте внешних электромагнитных полей. Это свойство материала является основой для эффективной защиты электронных приборов. Ферритовое кольцо, надетое на кабель, способно создать для синфазных токов большой активный импеданс.

Данный материал образуется из химического соединения оксидов железа с оксидами других металлов. Он обладает уникальными магнитными характеристиками и низкой электропроводностью. Благодаря этому ферриты практически не имеют конкурентов среди иных магнитных материалов в высокочастотной технике. Ферритовые кольца 2000нм значительно увеличивают индуктивность кабеля (в несколько сотен или тысяч раз), что обеспечивает подавление высокочастотных помех. Данный элемент устанавливается на шнур при его производстве либо, разрезанный на две полуокружности, надевается на провод сразу после его изготовления. Ферритовый фильтр упаковывается в пластиковый корпус. Если его разрезать, то можно увидеть внутри кусок металла.

А нужен ли ферритовый фильтр? Или это очередной обман?

Компьютеры являются весьма «шумными» (в электромагнитном плане) приборами. Так, материнская плата внутри системного блока способна осциллировать на частоте одного килогерца. Клавиатура обладает микрочипом, который также работает на высокой частоте. Все это приводит к так называемой генерации радиошумов вблизи системы. В большинстве случаев они устраняются при помощи экранирования платы от электромагнитных полей металлическим корпусом. Однако другой источник шумов - это медные провода, которые соединяют различные устройства. По сути, они действуют как длинные антенны, которые улавливают сигналы от кабелей другой радио- и телевизионной техники, и влияют на работу «своего» прибора. Ферритовый фильтр устраняет электромагнитные шумы и сигналы эфирного вещания. Эти элементы преобразуют электромагнитные высокочастотные колебания в тепловую энергию. Вот поэтому их и устанавливают на концах большинства кабелей.

Как правильно выбрать ферритовый фильтр

Чтобы установить на кабель ферритовое кольцо своими руками, необходимо разбираться в типах этих изделий. Ведь от вида провода и его толщины зависит, какой именно фильтр (из какого материала) потребуется использовать. К примеру, кольцо, установленное на многожильный кабель (шнур питания, передачи данных, видео или USB-интерфейс), создает на этом участке так называемый синфазный трансформатор, пропускающий противофазные сигналы, несущие полезную информацию, а также отражает синфазные помехи. В данном случае следует использовать не поглощающий феррит во избежание нарушения передачи информации, а более высокочастотный ферроматериал. А вот ферритовые кольца на предпочтительнее выбирать из материала, который будет рассеивать высокочастотные помехи, нежели отражать их снова в провод. Как видите, неправильно подобранное изделие способно ухудшить работу вашего прибора.

Ферритовые цилиндры

Наиболее эффективно справляются с помехами толстые ферритовые цилиндры. Однако следует учитывать, что слишком громоздкие фильтры весьма неудобны в использовании, а результаты их работы едва ли на практике будет сильно отличаться от немного меньших по размерам. Всегда следует использовать фильтры оптимальных габаритов: внутренний диаметр в идеале должен совпадать с проводом, а его ширина должна соответствовать ширине разъема кабеля.

Не стоит также забывать, что с шумами помогают бороться не только ферритовые фильтры. Например, для лучшей проводимости рекомендуется использовать кабеля с большим сечением. Выбирая длину шнура, не стоит делать большой запас длины между подключаемыми устройствами. Кроме того, источником помех может служить и плохое качество соединения провода и разъема.

Маркировка ферритовых колец

Наиболее широко распространенный тип записи маркирования ферритовых колец имеет следующий вид: К Д×д×Н, где:

К - это сокращение от слова «кольцо»;

Д - внешний диаметр изделия;

Д - внутренний диаметр ферритового кольца;

Н - высота фильтра.

Кроме габаритных размеров изделия, в маркировке зашифрован тип ферромагнитного материала. Пример записи может иметь следующий вид: М20ВН-1 К 4х2,5х1,6. Вторая половина соответствует габаритным размерам кольца, а в первой зашифрована начальная магнитная проницаемость (20 μ i). Кроме указанных параметров, в справочном описании каждый производитель указывает критическую частоту, параметры удельное сопротивление и температуру Кюри для конкретного изделия.

Как еще используют ферритовые кольца

Кроме общеизвестного применения в качестве высокочастотной защиты, используются для изготовления трансформаторов. Их часто можно увидеть в техники. Общеизвестно, что трансформатор на ферритовом кольце весьма эффективен в балансных смесителях. Однако не всем известно, что существует возможность «растягивания» балансировки. Данная модификация трансформатора способна выполнять операцию балансирования более точно. Кроме того, широко применяются трансформаторы на ферритовых кольцах для согласования выходных и входных сопротивлений каскадов транзисторных устройств. При этом трансформируются активное и Благодаря последнему это устройство можно применить для изменения диапазонов перестройки емкости. «Растягивающие» трансформаторы хорошо работают при частотах ниже 10 МГц.

Заключение

Тем, кто интересуется, как намотать ферритовое кольцо самостоятельно, следует учитывать, что последовательный импеданс, который вносится высокочастотным ферритовым сердечником, запросто можно увеличить, если сделать на нем несколько витков проводника. Как подсказывает теория электротехники, импеданс подобной системы будет увеличиваться пропорционально квадрату числа витков. Но это в теории, а на практике картина несколько отличается вследствие нелинейности ферромагнитных материалов и потерь в них.

Пара витков на сердечнике увеличивает импеданс не в четыре раза, как должно быть, а немного меньше. В результате для того чтобы несколько витков смогли поместиться в кабельном фильтре, следует выбирать кольцо заведомо большего типоразмера. Если же это неприемлемо, и провод должен оставаться той же длины, лучше применять несколько фильтров.

Ферритовый фильтр

Ферритовые фильтры

Ферритовый фильтр в виде цилиндра без пластмассового покрытия.

Описание

Ферритовые фильтры используются двумя различными способами, хотя внешне это выглядит одинаково, и часто можно увидеть использование одинаковых марок ферритов:

  • Фильтр, установленный на одиночный (одножильный, однофазный) провод. В этом случае, в зависимости от марки феррита и интересуемого частотного диапазона заграждения, он работает как:
    • Индуктивность. ВЧ мощность отражается обратно в кабель.
    • Поглотитель. ВЧ мощность рассеивается в феррите, что более предпочтительно.
    • Смешанный режим.
  • Фильтр, установленный на многожильный кабель, такой как кабель передачи данных, шнур питания, или интерфейс: USB, Видео, и др. В таком случае феррит создаёт на данном участке кабеля синфазный трансформатор (англ. balun ), который, пропуская противофазные сигналы (несущие полезную информацию), отражает (не пропускает) синфазные помехи. В этом случае не следует использовать поглощающий феррит во избежание нарушения передачи данных, и желательно применение более высокочастотных ферроматериалов.

Ферритовый фильтр - один из самых простых и дешёвых типов интерференционных фильтров для установки на уже существующие провода. Для обычного ферритового кольца провод либо продевается через кольцо (образуя одновитковую катушку индуктивности), либо образует многовитковую тороидальную обмотку, что увеличивает индуктивность и, соответственно эффективность помехоподавления. Также используются разборные фильтры на защёлках, которые можно просто надеть на кабель.

Ферритовые фильтры используются как на сигнальных проводах для ослабления внешних помех, так и на проводах питания для уменьшения создаваемых ими помех.

Применение

Раскрытый ферритовый цилиндр надевается на кабель, который необходимо защитить от электромагнитных помех и наводок, примерно в 3 см от наконечника кабеля. Обе ферритовые части смыкаются, после этого замки на пластмассовой оболочке защелкиваются. Для надежности можно оснастить ферритовым цилиндром и другой конец кабеля.

См. также


Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Ферритовый фильтр" в других словарях:

    Фильтр - получить на Академике действующий промокод BeTechno или выгодно фильтр купить со скидкой на распродаже в BeTechno

    ферритовый фильтр - [Интент] Тематики электротехника, основные понятия EN ferrite … Справочник технического переводчика

    Без оплётки. Ферритовый бочонок (ферритовое кольцо) пассивный электрический компонент, использующийся для подавления высокочастотных помех в электрических цепях. Ферритовые бочонки используются как дополнительные внешние фильтры, как… … Википедия

    У этого термина существуют и другие значения, см. Феррит. Стиль этой статьи неэнциклопедичен или нарушает нормы русского языка. Статью следует исправить согласно стилистическим правилам Википедии. Ферриты (оксиферы) химич … Википедия

    - (от англ. balun balanced unbalanced) жаргонное название симметрирующего трансформатора, преобразующего элек … Википедия

    Феррит: Ферриты (оксиферы) химические соединения оксида железа Fe2O3 с оксидами других металлов. Феррит (фаза) железо или сплав железа с объёмноцентрированной кубической кристаллической решёткой. См. также Ферритовый фильтр … … Википедия

    ГОСТ 20935-91: Криоэлектроника. Термины и определения - Терминология ГОСТ 20935 91: Криоэлектроника. Термины и определения оригинал документа: 4 бескорпусная монолитная интегральная микросхема СВЧ: Бескорпусный полупроводниковый прибор, содержащий сформированные на поверхности или в объеме… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации Большая советская энциклопедия

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)

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:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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:

  1. 3000 – это показатель начальной магнитной проницаемости феррита,
  2. HH – это марка феррита (чаще всего это HH – ферриты общего назначения, или HM – для слабых магнитных полей),
  3. D – наибольший (внешний) диаметр,
  4. d – меньший (внутренний) диаметр,
  5. 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.