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Guía de filtros de supresión de ruido
Fundamentos de las medidas contra el ruido [Lección 4] Perlas de ferrita en chip
En esta parte y en las siguientes hablaremos de los componentes típicos de supresión de ruido. El primero de estos componentes es el chip de ferrita. Estas microesferas son inductores de ferrita fabricados en forma de chips que admiten el montaje en superficie (SMD).
<Una perla de ferrita es una perla de ferrita a la que se le ha pasado un conductor>.
En la Fig. 1 se muestra un ejemplo de la forma de un inductor de ferrita con perlas de plomo. La estructura es simple, y con esta forma se ha hecho pasar un conductor a través de la perla formada por la ferrita. Este inductor no tiene el cable enrollado a su alrededor como una bobina normal, pero cuando la corriente fluye por su cable, se genera un flujo magnético dentro de la perla de ferrita. Como resultado, la ferrita funciona como un inductor. Por cierto, la ferrita utilizada aquí está fabricada con materiales que tienen una gran pérdida a altas frecuencias, por lo que en la gama de alta frecuencia la energía de la corriente se pierde en forma de pérdida en la ferrita, lo que permite absorber eficazmente el ruido.
<Las microesferas de ferrita están formadas por una estructura inductora en capas>.
Las microesferas de ferrita se obtienen fabricando estos inductores de microesferas de ferrita en microesferas, y la Fig. 2 muestra su estructura típica. Los patrones de las bobinas se forman entre las capas de las láminas de ferrita en bruto y, mediante un proceso de integración y cocción, se produce una estructura de bobina tridimensional.
Al fabricar los inductores de perlas de ferrita como chips y adoptar una estructura de bobina en su interior, es posible conseguir una impedancia mayor que la del inductor de perlas de ferrita del tipo de plomo que simplemente tiene el plomo atravesándolo. (En realidad, algunas microesferas de ferrita sólo tienen un conductor que atraviesa la microesfera). Esta estructura es básicamente la misma que la de un inductor de chip de tipo multicapa, pero la diferencia con respecto a un inductor radica en que el material de ferrita utilizado es más adecuado para suprimir el ruido.
La Fig. 3 muestra un ejemplo de las características de frecuencia de impedancia de una microesfera de ferrita. El principio básico es el siguiente: La impedancia aumenta en proporción a medida que aumenta la frecuencia, como en el caso de los inductores, por lo que al conectar estas perlas en serie en un circuito, funcionan como un filtro de paso bajo. En el caso de los inductores normales, la característica principal entre los valores de impedancia (Z) es el componente de reactancia (X). Por otro lado, dado que las microesferas de ferrita utilizan materiales de ferrita con una gran pérdida en las altas frecuencias, la característica principal en el rango de altas frecuencias es el componente de resistencia (R). La componente de reactancia no va acompañada de pérdidas, pero la componente de resistencia sí. Esto significa que, en comparación con los inductores normales, las microesferas de ferrita tienen mejores propiedades para absorber la energía del ruido, proporcionando un mayor efecto de supresión del ruido.
<La curva de impedancia puede seleccionarse en función de la aplicación prevista>.
Las microesferas de ferrita se han normalizado habitualmente por su valor de impedancia a una frecuencia de 100 MHz. Sin embargo, existen muchos tipos de productos con el mismo valor de impedancia. Esto se debe a que es posible seleccionar la nitidez de la curva de impedancia.
La Fig. 4 muestra un ejemplo de variación de curvas. Tanto el BLM18AG601SN1 como el BLM18BD601SN1 son microesferas de ferrita que tienen un valor de impedancia de 600Ω a 100 MHz, pero la Fig. 4 muestra que el BLM18BD601SN1 tiene una curva de impedancia más pronunciada, mientras que el BLM18AG601SN1 tiene una curva que asciende más suavemente.
Con el tipo cuya curva de impedancia asciende suavemente, la impedancia empieza a aumentar a un nivel de frecuencia más bajo, por lo que el ruido puede suprimirse en una amplia banda de frecuencias, desde las frecuencias muy bajas hasta las altas. Sin embargo, si la frecuencia de la señal es relativamente alta, esta frecuencia también puede atenuarse. Por el contrario, con el tipo cuya curva de impedancia se eleva bruscamente, la impedancia sólo aumenta en la gama de frecuencias altas, por lo que aunque se utilicen señales con una frecuencia comparativamente alta, el ruido puede suprimirse sin afectar a las señales. Por esta razón, es importante tener en cuenta la frecuencia de la señal y la frecuencia del ruido que se desea suprimir al seleccionar las bolas de ferrita.
<La impedancia a altas frecuencias se mejora modificando la estructura interna>.
La Fig. 3 muestra las características de frecuencia de impedancia de las microesferas de ferrita, y esta figura muestra que el área de frecuencia de 400-500 MHz forma un límite donde el valor de impedancia empieza a caer. Esto se debe a los efectos de la estructura de las microesferas de ferrita. Como regla básica, la impedancia de un inductor sigue aumentando a medida que sube la frecuencia. Sin embargo, las microesferas de ferrita tienen en su interior zonas en las que el inicio del bobinado (entrada) está cerca del final del bobinado (salida), como se muestra en la Fig. 5. En esa zona, la impedancia electroestática puede aumentar. En dichas zonas se produce el acoplamiento electrostático (un estado en el que parecen estar presentes condensadores extremadamente pequeños), por lo que la corriente de alta frecuencia pasa a través de ellas, y la impedancia del inductor tiene un efecto menor. En las zonas de acoplamiento electrostático, la corriente tiende a pasar más fácilmente a medida que aumenta la frecuencia, por lo que cuanto mayor es la frecuencia, más disminuye la impedancia aparente.
Para resolver este problema, debe modificarse la estructura en la que el inicio y el final del bobinado se sitúan próximos entre sí. La Fig. 6 muestra un ejemplo de una perla de ferrita de chip cuya estructura interna se ha modificado para mejorar las características de alta frecuencia. Mientras que, en las microesferas de ferrita normales, el eje del patrón de la bobina discurre perpendicularmente (lo que se denomina "bobinado vertical"), el eje del patrón de la bobina de las microesferas de ferrita con características de alta frecuencia mejoradas discurre horizontalmente. Como resultado, al colocar cierta distancia entre el inicio y el final del devanado de la bobina, la frecuencia a la que empieza a caer la impedancia aumenta significativamente.
Las bolas de ferrita de chip existen en muchas otras variantes -algunas soportan corrientes elevadas y otras tienen tamaños compactos, por ejemplo- y esta variedad permite a los usuarios seleccionar las que mejor se adaptan a las aplicaciones en cuestión.
Haga clic aquí para obtener información sobre la serie BL□ de productos de microesferas de ferrita.
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