Conceptos básicos de EMC: modo común frente a ruido diferencial

Nov 20, 2023

Como un recordatorio rápido,corrientes diferencialesfluir en direcciones opuestas a través de la fuente y el camino de retorno, mientras quecorrientes de modo comúnfluir en la misma dirección a través de la fuente y la ruta de retorno, completando el circuito a través de la ruta de tierra.

¿Cómo saber si se trata deruido de modo comúnoruido diferencial ? Esta es una pregunta común que necesita ser respondida.

Aquí hay un truco rápido para que te dirijas en la dirección correcta. Si bien no es 100% preciso, ayuda a iniciar el proceso.

Imagina a un médico prescribiéndote antibióticos sin saber si tienes una infección bacteriana o un virus. Lo hace sabiendo que si tiene una infección bacteriana, el medicamento funcionará y el problema se resolverá. Si el medicamento no funciona, al menos sabrá que se trata de un virus y te tratará en consecuencia.

Entonces, en nuestro caso, simplemente puede aplicar unferrita de sujeción 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 efecto, es un problema de modo diferencial.

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

Las ferritas con abrazadera se fabrican típicamente con dos tipos diferentes de materiales: manganeso zinc (MnZn) y níquel zinc (NiZn).

Níquel zincse puede utilizar en situaciones con ruido conducido o radiado a altas frecuencias.Manganeso zincse usa principalmente para ruido conductivo a frecuencias más bajas porque su mayor permeabilidad proporciona más impedancia.

Esta imagen proporciona una guía sobre qué material usar 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 unseñal diferencial entrando. Esta es una señal útil. Crea un campo magnético dentro del núcleo que va en una dirección, de acuerdo con la regla de la mano derecha.

La señal diferencial luego regresa a la fuente, lo que crea otro campo magnético, de acuerdo con 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 dan como resultado la suma de los campos magnéticos. El núcleo responderá con alta impedancia al ruido no deseado.

Algo a tener en cuenta al usar 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 de modo común y la línea de puntos roja muestra la impedancia diferencial.

Esto significa que si la señal es de 100 MHz, al usar esta solución de modo común, habrá una atenuación no intencional de la señal debido a la impedancia diferencial.

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

Esto está haciendo un buen uso de los estranguladores 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. Cuando lea las hojas de datos, verifique tanto la impedancia de modo común como la impedancia de modo diferencial para esa parte.

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

Componentes de herida seccional 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 de modo diferencial. Debido a que los componentes seccionales tienen una mayor inductancia de fuga, atenúan el ruido de modo diferencial así como el ruido de modo común.

Partes de herida bifilar se utilizan normalmente para líneas de señal de datos de bajo voltaje porque no queremos atenuar la señal de 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 de modo común es muy similar. Sin embargo, existe una gran diferencia entre las piezas con bobinado seccional y bifilar en lo que respecta a la atenuación del ruido en modo diferencial.

Puede ver estas diferencias mostradas con las líneas rojas y negras en la Figura 8. Observe que la impedancia de modo común (líneas sólidas) es muy similar, mientras que la impedancia de modo diferencial (líneas discontinuas) es muy diferente.

La herramienta en línea REDEXPERT de Würth Elektronik puede ayudarlo 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 usar los estranguladores 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 su conocimiento de EMC!

Mientras tanto, nuestros artículos anteriores sobre EMI Basics y EMC Losses también están disponibles.