Для чего нужен ферритовый фильтр на кабеле телевизора

Обновлено: 15.01.2025

Конечно, всем приходилось видеть ферритовые фильтры. Это маленькие цилиндры, которые расположены, например, на шнурах питания или на кабелях согласования электронных девайсов. Их также можно увидеть на самых обычных компьютерных системах, то есть на концах проводов, соединяющих системный блок и клавиатуру, мышь, монитор, принтер, сканер и пр.

Этот элемент принято называть ферритовым фильтром или ферритовым кольцом. Современный быт подразумевает множество самых разных средств вычислительной техники. А она, как известно, функционирует на токах высокой частоты.

При более высокой частоте – более высокая скорость, с которой обрабатывается информация. Однако с токами высокой частоты связаны некоторые технические ограничения на соединительные кабели, которые предназначены для того, чтобы передавать такие сигналы. Прежде всего, это распространяется на побочные электромагнитные излучения и наводки (ПЭМИН).

Больше всего заметны помехи на длинных проводах. Все потому, что сигналу присуще затухать. Сам же кабель выступает в качестве антенны. Вот почему внутри кабеля иногда появляются паразитные токи. А это оказывает негативное влияние на качество сигналов, которые проходят через кабель.

ВАЖНО! Как бороться с ПЭМИН? Самый простой метод заключается в том, чтобы поднять индуктивность. Под индуктивностью принято понимать показатель того, как соотносится величина силы тока, проходящего через контур, к магнитному потоку, который он создает.

Как устроен и работает этот фильтр

Ферритовые кольца являются компонентами электрической цепи. Они применяются в качестве пассивных элементов для того, чтобы фильтровать высокочастотные помехи. Это осуществляется за счет того, что повышается индуктивность проводника и поглощаются помехи, которые превышают заданный порог.

Как известно, у ферритовых фильтров может быть разная форма и разное исполнение. Однако всех их объединяет одно и то же назначение. Они защищают электронное оборудование от помех высокой частоты на всем протяжении информационного кабеля.

Полезный сигнал по одному проводу идет в одну сторону. По другому проводу полезный сигнал идет в обратную сторону. В результате магнитные поля полезных сигналов взаимовычитаются. И индуктивное сопротивление для полезного сигнала равняется нулю.

ВАЖНО! Как правило, установка фильтров осуществляется на расстоянии 30 мм от того края провода, который направляется в электронный девайс , который имеет защиту от помех.

А нужен ли вообще ферритовый фильтр?

Нужно признать, что в электромагнитном плане компьютеры – это устройства, которые создают немало шума. Скажем, материнская плата, что внутри системного блока, может осциллировать на частоте одного килогерца. У клавиатуры есть микрочип, работающий на высокой частоте.

Данные факторы ведут к генерации радиошумов рядом с системой. Большинство из них можно устранить экранированием платы от электромагнитных полей корпусом из металла. Однако есть еще один источник шума. Это провода из меди, соединяющие разные девайсы.

Ферритовый фильтр избавляет от электромагнитных шумов и сигналов эфирного вещания. Данные элементы преобразуют электромагнитные колебания высокой частоты в тепловую энергию. И потому им место – на концах многих кабелей.

Принцип работы ферритовых кабельных фильтров с защелкой

Отчего зависит работа ферритового фильтра? От того, каковы характеристики материала, из которого он сделан. Если добавить оксиды различных металлов, то свойства феррита будут изменены.

Различают несколько методов использования ферритовых колец:

- На одножильных проводах, то есть однофазных, кольцо может, наоборот, поглощать излучение в определенном диапазоне. В результате наводки преобразуются в тепловую энергию. Значит, негативные частоты могут быть поглощены, то есть отсечены ферритовым кольцом.

- На одножильных проводах, в которых кольцо является своеобразным усилителем, поскольку, возвращает обратно в кабель часть высокочастотного магнитного поля. Это ведет к тому, что в заданном диапазоне сигнал становится сильнее.

- На многожильных проводах феррит действует как синфазный трансформатор, пропускающий несимметричные сигналы в кабеле. В частности, импульсы тока в кабелях, предназначенных для того, чтобы передавать данные. Или в цепях питания постоянным током. Фильтр гасит и симметричные сигналы. А они потенциально могут быть вызваны в данных кабелях лишь электромагнитные наводками.

Где применяется ферритовый фильтр? Как его выбирать?

На кабелях питания ферритовые кольца используют для того, чтобы снизить помехи. Их могут создать сами кабели. А на сигнальных кабелях, которые осуществляют передачу данных, ферриты являются средством гашения возможных внешних помех и наводок.

Бывают ферритовые кабельные фильтры встроенные, то есть кабель продают уже с ферритовым кольцом. Бывают и отдельные ферритовые фильтры. В большинстве случаев это модели, которые защелкивающиеся вокруг провода. Они не требуют каких-то доработок самого кабеля.

Провод можно вставить в центр ферритового фильтра. Так получится одновитковая катушка. Возможно также образование вокруг кольца нескольких витков. Это тороидальная обмотка. Последний метод ведет к существенному увеличению эффективности работы фильтра.

Если нужно подобрать ферритовое кольцо так, чтобы оно соответствовало заданным требованиям, то обязательно узнайте, какие характеристики у материала, из которого его сделали. Узнайте также, какие габариты у изделия.

ВАЖНО! Скажем, импедансом называют полное внутреннее сопротивление элемента электрической цепи к переменному (гармоническому) току (сигналу). Его измеряют в омах, то есть как и обычное сопротивление. Есть еще один важный параметр ферритовых фильтров. Это магнитная проницаемость, то есть коэффициент, характеризующий связь между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля в веществе.

Если подвести итог всему сказанному, то для обозначения основных свойств ферритовых фильтров производители делают такую маркировку:

- цифровое обозначение (например, 3000) – показатель начальной магнитной проницаемости феррита,
- HH – это марка феррита (в большинстве случаев это HH – ферриты общего назначения или HM – для слабых магнитных полей),
- D – наибольший (внешний) диаметр,
- d – меньший (внутренний) диаметр,
- h – высота тороида.

Вот типовые примеры использования ферритов:

- марка 100НН может применяться для кабелей с частотами до 30 МГц,
- 400НН — с частотами не более 3,5 МГц,
- 600НН — с частотами до 1,5 МГц
- 1000НН — до 400 кГц.

Скажем, антенный ферритовый фильтр должен иметь марку HH. Зато ферритовый фильтр для USB кабеля лучше всего выбрать с маркой HM, то есть для кабелей, у которых слабое магнитное поле.

Как наматывать ферритовые кольца

Обычно для этого нужно подобрать правильный ферритовый фильтр, а потом защелкнуть его на кабеле. Сделать это нужно как можно ближе к тому месту, где подключается прибор.

Иногда для того, чтобы увеличить импеданс, кабелем делают несколько витков вокруг кольца феррита. Тогда импеданс станет расти кратно квадрату числа витков, то есть с пары витков – в четыре раза, а с трех – уже в девять раз.

ВАЖНО! Обращаем внимание на то, что на практике показатель увеличения несколько меньше, чем в теории.

После наматывания ферритовое кольцо должно защелкнуться. Для этого нужно заранее определиться с тем, сколько будет витков провода. А еще необходимо произвести расчет внутреннего диаметра фильтра. Тогда он закроется, и кабель при этом не передавит.

Что за материал – феррит?

Ферритом называют соединения, в основе которых оксид железа и оксиды других металлов. В ферритах совмещены свойства ферромагнетиков и полупроводников. В некоторых случаях и диэлектриков. Вот почему они применяются как сердечники катушек, постоянные магниты. Они же являются поглотителями электромагнитных волн высоких частот и пр.

У данного материала высокая магнитная проницаемость. Однако при этом он не проводит электрический ток. Данный материал делают из порошков оксида железа.

Данные фильтры – отличная защита от внешних электромагнитных полей высокой частоты. Они иногда появляются из-за того, что работают мобильные телефоны, печи СВЧ, импульсные блоки питания и электронная аппаратура.

Отличается ли чем-то обычный кабель от кабеля с таким черным цилиндром? Спойлер: да.

Вы, наверное, не раз замечали их на концах USB- и HDMI-кабелей. Что это за цилиндры на проводах? Ответ — ферритовые фильтры. Что это такое и зачем это нужно, мы сейчас расскажем.

Цилиндр на конце кабеля заполнен кусочками феррита. Благодаря своим уникальным свойствам это вещество способно захватывать электромагнитное поле и превращать его в тепло, которое потом рассеивается.

Таким образом, феррофильтр устраняет лишнее электромагнитное поле, генерируемое кабелем. А это помогает убрать шумовые помехи в кабеле и повысить качество электрического сигнала — что очень важно для стабильной передачи данных.

Поэтому ферритовые фильтры устанавливаются на всех дата-кабелях — к которым как раз относятся USB и HDMI.

Что будет, если снять ферритовый фильтр?

Если из любопытства вы попробуете снять с кабеля ферритовый цилиндр, то ждите ухудшения качества сигнала. Без устранения шумовых помех в кабеле данные могут теряться.

Например, видео, передающееся на телевизор по HDMI-кабелю, будет пропадать. Но только в том случае, если феррофильтр — единственная защита кабеля от шумов. Это обычное дело для старых или недорогих кабелей (на которых обычно и можно увидеть цилиндры).

Более качественные кабели (например, оригинальный USB, поставляющийся с вашим смартфоном) защищены при помощи экранирования. Внутри кабеля медный провод покрыт специальной оплеткой, выступает в роли экрана шумов.

Что будет, если надеть ферритовый фильтр?

Феррофильтры для кабелей успешно продаются в качестве запчастей. Можно купить себе такой и надеть его на кабель в качестве вспомогательного элемента для улучшения сигнала.

Но не факт, что вы заметите видимое улучшение. Если кабель экранированный, он и так будет передавать сигнал с минимумом помех. Поэтому смысл надевать ферритовое кольцо есть, только если кабель при передаче данных выдает видимые помехи. Кстати, феррофильтр можно надеть не только на дата-кабель, но и на другие виды: например, сетевые кабели.

Ферри́товый фильтр — пассивный электрический компонент, изготовленный из феррита в виде кольца, использующийся в качестве фильтра, для подавления высокочастотных помех в электрических цепях. Ферритовое кольцо увеличивает индуктивность проходящего через него участка провода в несколько сотен (вплоть до тысяч) раз, что и обеспечивает подавление помех высокой частоты [ источник не указан 3187 дней ] . Чаще всего имеют форму цилиндров или параллелепипедов; могут быть съёмными с защелками или несъемными литыми. Ферритовые фильтры используются как дополнительные внешние фильтры, как правило, для устройств, имеющих длинные соединительные кабели.

Содержание

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.

Такие 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 интересующего частотного диапазона заграждения, он работает как:

Индуктивность. Часть мощности ВЧ-волны отражается обратно в кабель.
Поглотитель. Часть мощности ВЧ-волны рассеивается в феррите, что более предпочтительно.
Смешанный режим.

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

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.

Фильтры применяют в монтаже охранной сигнализации, когда приёмно-контрольные приборы (ППКОП) создают наводки в шлейфах при передаче сигнала [1] .

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).

Особо заметно сказываются помехи на длинных проводах – ведь сигнал имеет свойство затухать, а сам кабель выступает как антенна и потому внутри него могут зарождаться паразитные токи. А это губительно сказывается на качестве проходящих через кабель сигналов.

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:

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.
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.
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:

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

Как наматывать ферритовые кольца

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.

Для чего нужны ферритовые кольца на кабелях компьютера и какой от них эффект?

Внутренние и внешние компьютерные кабели могут работать как миниатюрные антенны, поскольку они преобразуют шумы напряжения и тока в электромагнитное излучение.

Ферритовые кольца для плоских и круглых кабелей обеспечивают эффективное подавление шумовых токов до их излучения в виде электромагнитных помех.

Неэкранированные кабели излучают помехи вследствие протекания по их медным проводникам синфазного шума, то есть высокочастотного тока, текущего в одном направлении по всем проводникам кабеля.
Эти токи создают магнитное поле определенной величины и направления.

Производители электронного оборудования используют ферриты для подавления электромагнитных излучений от внешних силовых и сигнальных кабелей системных блоков компьютеров, мониторов, клавиатур, принтеров и других периферийных устройств.

Длинные внешние силовые и сигнальные кабели работают как антенны, эффективно излучая помехи, создаваемые внутри корпуса прибора, во внешнюю среду.
Использование ферритовых изделий позволяет снизить требования к экранированию внешних кабелей и во многих случаях дает возможность снизить их стоимость.

Кабельные ферриты для подавления электромагнитных помех следует выбирать, исходя из конкретной задачи, кабельный феррит должен создавать максимальный последовательный импеданс для частот шумового сигнала.

После выбора материала и приблизительных размеров сердечника создаваемый им последовательный импеданс и эффективность шумоподавления можно оптимизировать путем:

1. Увеличения длины охватываемой ферритом части проводника;
2. Увеличения поперечного сечения ферритового сердечника (особенно для силовых цепей);
3. Выбора сердечника с внутренним диаметром, наиболее близким к внешнему диаметру проводника или кабеля;

В общем, наилучший ферритовый сердечник — самый длинный и толстый из тех, что могут быть размещены на кабеле, с внутренним диаметром, совпадающим с внешним диаметром кабеля.
При установке на гибкие кабели массивные ферритовые сердечники должны быть заключены в термоусадочную трубку или защищены и закреплены на месте другим способом.

Последовательный импеданс, вносимый высокочастотным ферритовым сердечником, можно увеличить, сделав на нем несколько витков проводника.
По теория импеданс увеличивается пропорционально квадрату числа витков.
Однако вследствие нелинейности ферритов и потерь в них два витка на сердечнике увеличат импеданс не в четыре раза, а несколько меньше.

В большинстве случаев феррит должен располагаться максимально близко к источнику помехи, что предотвратит передачу помех через другие элементы конструкции прибора, где их гораздо труднее отфильтровать.

Но для кабелей передачи данных, где проводники входят в экранированный корпус или выходят из него, ферритовые сердечники должны располагаться максимально близко к месту прохода через экран.
Это предотвратит излучение помех проводниками внутри корпуса после фильтра.

Драйвер AMD Radeon Software Adrenalin Edition 19.11.3

В драйвере AMD Radeon Software Adrenalin Edition 19.11.3 добавлена поддержка технологии DirectX 12 в игре Fortnite.

Сбой при установке обновлений в Windows 10

Пакет драйверов Intel Graphics Windows 10 DCH 26.20.100.7463

14 ноября 2019 г. компания Intel представила пакет графических драйверов версии DCH 26.20.100.7463 для 64-битных систем Windows 10.

Драйвер AMD Radeon Software Adrenalin Edition 19.11.2

Драйвер AMD Radeon Software Adrenalin Edition 19.11.2 включает поддержку новой игры Star Wars Jedi: Fallen Order.

Skype — версия 8.54

Программа Skype версии 8.54 получила ряд улучшений в части перевода разговоров на разные языки.

Многие из вас, конечно же, видели на концах проводов небольшие цилиндры. Это – ферритовые фильтры. А знаете ли вы, какую роль они играют? Давайте попробуем разобраться в этом вопросе вместе.

Зачем устанавливают ферритовые фильтры?

Очень часто на форумах встречаю утверждение, что ферритовые кольца служат только для того, чтобы кабель не излучал помехи! Верно ли это утверждение? Отчасти это, правда. Но оно справедливо только к проводам питания.Тогда, для чего ставят ферритовые фильтры на HDMI? Ведь помех провод не излучает.

Все просто! Феррит, благодаря своим уникальным свойствам способен захватывать магнитное поле и рассеивать его в виде тепла, другими словами, он способен ослаблять шумовые помехи в кабеле. А это играет большую роль для качества цифрового сигнала.

Тогда, почему на многих HDMI кабелях нет ферритовых колец?
Потому, что ферритовые кольца это не единственный способ оградить провод от воздействия помех. Не менее эффективно и экранирование провода.

Увеличится ли качество сигнала, если установить на провод ферритовые кольца?
Ответ – увеличится. Но это совсем не значит, что Вы это заметите.

Приведу простой пример эффективности ферритового фильтра на HDMI.
У меня есть один из самых дешевых HDMI кабелей, на нем нет ни ферритовых фильтров, ни экрана. При просмотре видео через этот кабель довольно часто возникала проблема потери сигнала (После нескольких минут просмотра телевизор отказывался работать с сигналом плохого качества), хотя картинка была довольно сносная - лишь изредка проскакивала помеха. Установка ферритового фильтра полностью избавила от этой проблемы.

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.

Рис. 1. Горизонтальная (а) и вертикальная (б) топологии расположения слоев в структуре ферритового чип-фильтра

Применение вертикальной структуры позволяет уменьшить паразитную емкость между витками многослойной структуры и электродами. За счет этого удается расширить рабочую полосу частот 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.

Рис. 2. Структура многослойного ферритового чип-фильтра

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.

Рис. 3. Технология и конструкция ферритовых чип-фильтров

Рис. 4. Внешний вид ферритовых чип-фильтров Chilisin

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

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.

Рис. 5. Типовая частотная характеристика импеданса ферритового чип-фильтра

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.

Рис. 6. Cистема обозначений для многослойных ферритовых чип-фильтров Chilisin

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

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.

Рис. 7. Частотная характеристика импеданса для серии чип-фильтров 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.

Рис. 8. Частотная характеристика импеданса для серии чип-фильтров HF

Импеданс на высоких частотах резко снижается. Эффективное подавление паразитных частот ЭМИ производится до частоты около 2…3 ГГц.

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.

Рис. 9. Частотная характеристика фильтра серии PB для работы в сильноточных цепях питания

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.

В таблице 3 приведены рекомендуемые значения импедансов ферритовых чип-фильтров для применения в различных цепях электронной аппаратуры.

Таблица 3. Характерные значения импедансов для различных цепей

Типовыми применениями для ферритовых чип-фильтров является:

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

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

Читайте также: