Thiết kế điện tử - Ứng dụng thiết kế hạt từ pcb

Trong thiết kế của bảng mạch PCB, việc sử dụng hạt chip hay cảm biến chip chủ yếu phụ thuộc vào kịch bản ứng dụng. Ví dụ, cần có cảm biến chip trong mạch cộng hưởng; Sử dụng hạt chip là lựa chọn tốt nhất cho thiết kế PCB khi loại bỏ tiếng ồn EMI không cần thiết. Trong thiết kế PCB, đơn vị của hạt từ tính là ohms, không phải Hunter, đòi hỏi sự chú ý đặc biệt. Vì đơn vị của hạt từ tính trên danh nghĩa dựa trên trở kháng mà nó tạo ra ở một tần số cụ thể, đơn vị của trở kháng cũng là ohms. Bảng dữ liệu của hạt từ thường sẽ cung cấp một đường cong đặc tính tần số và trở kháng. Nói chung, 100 MHz là tiêu chuẩn. Ví dụ, 1000R 100MHz, có nghĩa là trở kháng của hạt từ tương đương với 600 ohms ở tần số 100MHz. Bộ lọc thông thường bao gồm các yếu tố kháng không phá hủy. Chức năng của nó trong mạch thiết kế PCB là phản xạ tần số trở lại nguồn tín hiệu, vì vậy loại bộ lọc này còn được gọi là bộ lọc phản xạ. Khi bộ lọc phản xạ không phù hợp với trở kháng của nguồn tín hiệu, một phần năng lượng sẽ được phản xạ trở lại nguồn tín hiệu, tạo ra sự gia tăng mức nhiễu. PCB được thiết kế để giải quyết nhược điểm này. Vòng sắt hoặc tay áo hạt có thể được sử dụng trên dòng đầu vào của bộ lọc và sự mất mát dòng xoáy của vòng gây nhiễu hoặc vòng từ đối với tín hiệu tần số cao có thể được sử dụng để chuyển đổi các thành phần tần số cao thành tổn thất nhiệt. Do đó, vòng và hạt hấp thụ các thành phần tần số cao trong thực tế và do đó đôi khi được gọi là bộ lọc hấp thụ. Các bộ phận ức chế ferrite khác nhau có dải tần số ức chế tối ưu khác nhau. Trong thiết kế PCB, độ dẫn từ càng cao, tần số ức chế càng thấp. Ngoài ra, khối lượng ferrite càng lớn, hiệu quả ức chế càng tốt. Một số nghiên cứu trực tuyến đã phát hiện ra rằng hình dạng thon dài có tác dụng ức chế tốt hơn so với hình dạng ngắn và thô khi khối lượng không thay đổi và đường kính bên trong càng nhỏ thì tác dụng ức chế càng tốt. Tuy nhiên, vấn đề bão hòa ferrite vẫn tồn tại với sự hiện diện của dòng điện thiên vị DC hoặc AC. Mặt cắt ngang của phần tử ức chế càng lớn, khả năng bão hòa càng ít và dòng điện thiên vị chấp nhận được càng lớn. Khi EMI hấp thụ vòng từ/hạt từ để ức chế nhiễu mô hình vi sai, thông qua giá trị hiện tại của nó tỷ lệ thuận với thể tích của nó, cả hai rối loạn hình thành bão hòa, làm giảm hiệu suất của phần tử; Khi ức chế nhiễu chế độ chung, kết nối hai dây của nguồn điện (dương và âm). Đi qua vòng từ cùng một lúc, tín hiệu hiệu quả là tín hiệu chế độ vi sai, vòng hấp thụ EMI/hạt từ không ảnh hưởng đến nó, trong khi tín hiệu chế độ chung sẽ thể hiện điện cảm lớn hơn. Một cách tốt hơn để sử dụng vòng nam châm là quấn dây của vòng nam châm đi qua nó nhiều lần để tăng độ tự cảm. Dựa trên nguyên tắc ức chế của nó đối với nhiễu điện từ, hiệu ứng ức chế của nó có thể được sử dụng hợp lý. Các yếu tố ức chế ferrite nên được lắp đặt gần trung tâm của nguồn gây nhiễu. Liên quan đến mạch đầu vào/đầu ra của thiết kế PCB, nó phải càng gần đầu vào và đầu ra của vỏ được che chắn càng tốt. Đối với bộ lọc hấp thụ bao gồm hạt sắt và hạt, ngoài việc sử dụng các vật liệu bị mất có độ dẫn từ cao, cần chú ý đến ứng dụng của chúng. Trong mạch thiết kế PCB, chúng có điện trở khoảng mười đến vài trăm đối với các thành phần tần số cao, vì vậy vai trò của chúng trong các mạch trở kháng cao không rõ ràng. Ngược lại, nó sẽ rất hiệu quả trong các mạch trở kháng thấp như phân phối điện, nguồn điện hoặc mạch tần số vô tuyến. Vì ferrite có thể phân rã tần số cao hơn trong khi cho phép tần số thấp hơn đi qua mà không bị cản trở, nó đã được sử dụng rộng rãi để kiểm soát EMI. Vòng từ/hạt để hấp thụ EMI có thể được tạo thành nhiều hình dạng khác nhau và thường được sử dụng ở nhiều nơi khác nhau. Nếu trên bảng mạch PCB, nó có thể được thêm vào mô-đun DC/DC, dây dữ liệu, dây nguồn, v.v. Nó hấp thụ tín hiệu nhiễu tần số cao trên đường dây mà nó có, nhưng nó sẽ không tạo ra các cực và điểm không mới trong hệ thống thiết kế PCB, cũng không phá vỡ sự ổn định của hệ thống. Nó hoạt động với bộ lọc nguồn, có thể bù đắp cho sự thiếu hiệu suất tần số cao của bộ lọc và cải thiện các đặc tính lọc trong hệ thống. Hạt từ tính được thiết kế đặc biệt để ngăn chặn tiếng ồn tần số cao và nhiễu đột biến trên đường tín hiệu và đường dây điện, và cũng có khả năng hấp thụ xung tĩnh điện. Hạt từ được sử dụng để hấp thụ tín hiệu UHF. Ví dụ, một số mạch RF, PLL, mạch dao động và mạch lưu trữ tần số cực cao (DDR SDRAM, RAMBUS, v.v.) yêu cầu thêm hạt từ vào phần đầu vào nguồn, trong khi cảm ứng là một thành phần lưu trữ năng lượng được sử dụng trong mạch dao động LC, mạch lọc tần số trung bình và thấp, v.v., phạm vi tần số ứng dụng hiếm khi vượt quá 50 MHZ.

Chức năng của hạt từ chủ yếu là loại bỏ tiếng ồn RF tồn tại trong cấu trúc đường truyền (mạch). Năng lượng RF là thành phần sóng sin AC chồng lên mức đầu ra truyền trực tiếp. Thành phần DC là tín hiệu hữu ích cần thiết, trong khi năng lượng RF là vô dụng. Các nhiễu điện từ truyền và bức xạ dọc theo đường dây (EMI). Để loại bỏ các năng lượng tín hiệu không cần thiết này, các hạt chip hoạt động như một điện trở tần số cao (bộ suy hao), một thiết bị cho phép tín hiệu DC đi qua trong khi lọc tín hiệu AC. Thông thường tín hiệu tần số cao trên 30 MHz, nhưng tín hiệu tần số thấp cũng sẽ bị ảnh hưởng bởi hạt chip. Các hạt chip bao gồm các vật liệu ferrite mềm tạo thành một cấu trúc nguyên khối với điện trở suất cao. Mất xoáy tỷ lệ nghịch với điện trở suất của vật liệu ferrite. Mất xoáy tỷ lệ thuận với bình phương tần số tín hiệu. Lợi ích của việc sử dụng hạt chip: thu nhỏ và nhẹ, trở kháng cao trong dải tần số của tiếng ồn tần số vô tuyến, loại bỏ nhiễu điện từ trong đường truyền. Cấu trúc mạch kín có thể loại bỏ nhiễu xuyên âm tín hiệu tốt hơn. Cấu trúc che chắn từ tính tuyệt vời, giảm điện trở DC và tránh suy giảm quá mức các tín hiệu hữu ích. Đặc tính tần số cao đáng kể và đặc tính trở kháng (loại bỏ năng lượng RF tốt hơn). Loại bỏ các dao động ký sinh trong mạch khuếch đại tần số cao. Hoạt động hiệu quả trên dải tần từ vài MHz đến vài trăm MHz. Một số gợi ý để chọn đúng trung tâm so sánh hạt từ trong thiết kế PCB: 1. Dải tần số của các tín hiệu không mong muốn là gì? 2. Ai là nguồn tiếng ồn thứ ba, cho dù có không gian trên bảng PCB để đặt hạt từ tính 4. Cần bao nhiêu tiếng ồn để giảm 5. Điều kiện môi trường là gì (nhiệt độ, điện áp DC, cường độ cấu trúc) 6. Ba trở kháng đầu tiên của mạch và tải có thể được phân biệt bằng cách nhìn vào đường cong tần số trở kháng do nhà sản xuất cung cấp. Ba đường cong trong đường cong trở kháng thiết kế PCB là rất quan trọng, đó là điện trở, cảm ứng và tổng trở kháng. Tổng trở kháng được mô tả bởi ZR22ÍfL () 2+:=fL. Sau đường cong này, một mô hình hạt từ có trở kháng tối đa trong dải tần số bạn muốn giảm nhiễu được chọn và tín hiệu suy giảm càng ít càng tốt ở tần số thấp và DC. Đặc tính trở kháng của hạt chip sẽ bị ảnh hưởng ở điện áp DC quá lớn. Ngoài ra, nếu nhiệt độ hoạt động tăng quá cao hoặc từ trường bên ngoài quá lớn, trở kháng của hạt sẽ bị ảnh hưởng bất lợi. Các ứng dụng của hạt chip và cảm biến chip trong thiết kế PCB: cảm biến chip: tần số vô tuyến (RF) PCB board và truyền thông không dây, thiết bị công nghệ thông tin, máy dò radar, ô tô, điện thoại di động, máy nhắn tin, thiết bị âm thanh, PDA (trợ lý kỹ thuật số cá nhân), hệ thống điều khiển từ xa không dây và mô-đun nguồn điện áp thấp. Chip Beads: Bộ lọc giữa mạch tạo đồng hồ, mạch analog và mạch kỹ thuật số, đầu vào/đầu ra I/O (chẳng hạn như cổng nối tiếp, cổng song song, bàn phím, chuột, viễn thông từ xa, mạng cục bộ), mạch tần số vô tuyến (RF) giữa bảng và thiết bị logic dễ bị nhiễu, Mạch nguồn lọc nhiễu dẫn tần số cao và ức chế tiếng ồn EMI trong máy tính, máy ảnh, đầu ghi video, hệ thống TV và điện thoại di động.