Productos de supresión de ruido / Filtros de supresión EMI / Dispositivos de protección ESD
Guía de filtros de supresión de ruido
Fundamentos de las contramedidas de ruido [Lección 6] Bobinas de choque de modo común
Después de hablar de los condensadores de tres terminales tipo chip, en esta lección hablaremos de las bobinas de choque de modo común.
<Las bobinas de choque de modo común separan el ruido de las señales mediante modos de conducción>
En nuestras discusiones anteriores sobre las microesferas de ferrita y los condensadores de tres terminales tipo chip, explicamos cómo utilizan las diferencias de frecuencia, ya que las frecuencias de ruido son relativamente más altas que las frecuencias de señal. Como tales, funcionan como filtros de paso bajo que suprimen selectivamente sólo el ruido. Las bobinas de choque de modo común también son un tipo de filtro de ruido, pero en lugar de utilizar diferencias de frecuencia, separan el ruido de las señales por diferencias en el modo de conducción. Por lo tanto, primero debemos aprender la distinción entre modos comunes y modos diferenciales.
<Modos comunes y modos diferenciales>
Normalmente, en el circuito eléctrico de una placa de circuito, la corriente que sale de una determinada parte llega a otro circuito a través de la carga, y vuelve al origen por una ruta diferente en la placa de circuito. (Este tipo de flujo se denomina modo diferencial (o modo normal).
También existe otra ruta de conducción, aunque no como un cable claro. Se genera una pequeña cantidad de capacitancia parásita entre los cables de la placa de circuito y la superficie de tierra de referencia, creando una ruta de conducción en la que la capacitancia fluye comúnmente a través de todos los cables de la placa de circuito y vuelve en dirección opuesta a lo largo de la superficie de tierra de referencia. Esta ruta se denomina modo común.
Aunque la capacitancia parásita entre los cables y la superficie de tierra de referencia es bastante pequeña, la impedancia disminuye a medida que aumenta la frecuencia de la señal, incluso con la pequeña cantidad de capacitancia parásita, de modo que la corriente de modo común fluye más fácilmente. Normalmente, la corriente de modo común no se envía activamente a través del circuito eléctrico, pero si la masa de un circuito de fuente de alimentación o de un circuito integrado excitador vibra, todo el circuito que excita vibrará, lo que producirá ruido de modo común. Si hay un cable conectado externamente al circuito, la corriente de modo común también fluirá a través del cable. Como tendrá un potencial eléctrico con respecto a la masa, la corriente se liberará en forma de ondas de radio de ruido.
<Las bobinas de choque de modo común son filtros de ruido que actúan sólo sobre las corrientes de modo común>
Las bobinas de choque de modo común son filtros de ruido que discriminan entre señales y ruido de los modos comunes y modos diferenciales, o modos de conducción, antes mencionados. En pocas palabras, son filtros que sólo actúan sobre los modos comunes.
La figura 3 muestra un diagrama de principio de las bobinas de choque de modo común.
Las bobinas de choque de modo común están formadas por dos hilos conductores enrollados alrededor de un único núcleo (un núcleo de ferrita cuando se utiliza en aplicaciones de alta frecuencia). Por lo tanto, tienen cuatro terminales. Los hilos se enrollan alrededor del núcleo en direcciones opuestas. Cuando las corrientes de modo común fluyen a través de bobinas con este tipo de estructura, se genera flujo por el fenómeno de inducción electromagnética que se produce en cada bobina. Sin embargo, como la dirección del flujo generado es la misma, ambos flujos se hacen más fuertes para aumentar su acción como inductores. Por el contrario, las corrientes de modo diferencial que circulan por la bobina generan flujos en sentidos opuestos que se anulan mutuamente. Como resultado, deja de actuar como inductor contra la corriente de modo diferencial. Las bobinas de choque de modo común son, por tanto, filtros que sólo actúan como inductores para los modos comunes, y no contra los modos diferenciales.
<Ventajas de las bobinas de choque en modo común>
Las bobinas de choque de modo común tienen dos ventajas.
(1) Incluso cuando las frecuencias de las señales y el ruido se solapan, sus diferentes modos de conducción permiten suprimir sólo el ruido.
(2) El rendimiento no disminuye ni siquiera con una gran corriente de modo diferencial, ya que el núcleo no se satura.
La característica más importante de las bobinas de choque de modo común es su capacidad para distinguir entre ruido y señales, incluso de la misma frecuencia. Recientemente, cada vez más dispositivos electrónicos están empezando a utilizar la transmisión diferencial de alta velocidad como método de transmisión de señales. USB, SATA y HDMI son ejemplos típicos de transmisión diferencial de alta velocidad. En las líneas de transmisión diferencial de alta velocidad se transmiten señales de frecuencia extremadamente alta, y los filtros como las perlas de ferrita que separan el ruido de las señales por diferencias de frecuencia no pueden distinguir entre ambas. En cambio, centrarse en la supresión del ruido atenúa parte de la señal, lo que influye en la integridad de ésta. Por otro lado, las bobinas de choque de modo común separan las señales del ruido mediante modos de transmisión, de modo que las señales de alta velocidad que fluyen a través de las bobinas no se ven afectadas si son de modo diferencial. En las líneas de transmisión diferencial de alta velocidad, las señales suelen ser sólo modos diferenciales. El ruido problemático es sobre todo el ruido de modo común, por lo que las bobinas de choque de modo común pueden utilizarse para suprimir eficazmente el ruido de modo común sin afectar a las señales de alta velocidad.
Los cables se conectan a las líneas de alimentación de las empresas y a los adaptadores de CA secundarios que reciben las entradas de corriente. Estos cables se convierten en antenas, y el ruido que se libera se convierte en un problema. Cuando se utilizan filtros de tipo inductor que actúan en modos diferenciales, como las perlas de ferrita o las bobinas de choque de modo normal, el núcleo se satura magnéticamente por las grandes corrientes que circulan por él, lo que provoca una drástica reducción de su rendimiento como inductores. Las bobinas de choque de modo común son muy útiles en este tipo de aplicaciones. En las bobinas de choque de modo común no se produce saturación magnética, ya que los flujos generados por las corrientes de modo diferencial se anulan entre sí y desaparecen. Por lo tanto, las bobinas de choque de modo común se utilizan para suprimir el ruido en líneas eléctricas por las que circulan grandes corrientes.
<Ejemplos de bobinas de reactancia de modo común>
La figura 5 muestra algunos ejemplos de bobinas de choque en modo común.
Las líneas de corriente alterna están sometidas a alta tensión, por lo que se presta especial atención a la seguridad al construir bobinas para estas líneas. Por el contrario, como las líneas de señal de alta velocidad requieren bobinas de menor tamaño, en estas aplicaciones se utilizan bobinas de tipo chip. Otras bobinas disponibles en el mercado son la bobina de alambre, que enrolla un alambre alrededor de un núcleo de ferrita, y la bobina de película, que utiliza bobinas de película. Las bobinas de alambre son de alto rendimiento, mientras que las de película son más pequeñas. La figura 6 muestra un ejemplo de la estructura de una bobina de choque de modo común de tipo chip de alambre bobinado. Dos líneas se enrollan juntas alrededor de la bobina, de modo que la línea de salida y la línea de retorno se encuentran una al lado de la otra, y el acoplamiento magnético entre las líneas aumenta para aumentar la selectividad entre modos comunes y modos diferenciales.
<Precauciones para el uso de bobinas de choque en modo común>
Hasta ahora se ha dicho que las bobinas de inductancia de modo común no afectan a los modos diferenciales, pero esto sólo es cierto para las bobinas de inductancia de modo común ideales. En realidad, parte del flujo producido por las fugas de las bobinas opuestas no se cancela, lo que da lugar a una pequeña cantidad de inductancia. Esta inductancia de modo diferencial es muy pequeña, pero su influencia debe tenerse en cuenta en aplicaciones que utilizan señales de frecuencia extremadamente alta. La figura 7 muestra un ejemplo de una curva de impedancia real para una bobina de choque de modo común de tipo chip. Sabemos que la impedancia del modo diferencial se vuelve alta alrededor de 1 GHz. Recientemente se han desarrollado bobinas de choque de modo común tipo chip que suprimen aún más la impedancia de modo diferencial. Para los puertos de pantalla, USB3.0 y otros dispositivos que utilizan señales de frecuencia extremadamente alta, deben elegirse bobinas de choque de modo común de tipo chip adecuadas.
Eche un vistazo a la guía que hemos puesto a su disposición para seleccionar bobinas de choque de modo común de tipo chip para su uso en líneas diferenciales de alta velocidad.
Guía de selección de bobinas de choque de modo común para líneas de transmisión diferencial de alta velocidad
https://www.murata.com/products/emc/emifil/selectionguide/highspeed
*La información presentada en este artículo es la vigente en la fecha de su publicación. Tenga en cuenta que puede diferir de la información más reciente.
