EMV-Grundlagen: Gleichtakt vs. Differenzrauschen

Nov 20, 2023

Als kurze Erinnerung:Differenzströmefließen in entgegengesetzte Richtungen durch den Quell- und Rückweg, währendGleichtaktströmefließen in die gleiche Richtung durch den Quell- und Rückweg und schließen den Kreislauf über den Erdungspfad.

Woher wissen Sie, ob Sie es zu tun haben?GleichtaktrauschenoderDifferentialgeräusch ? Dies ist eine häufig gestellte Frage, die beantwortet werden muss.

Hier ist ein schneller Trick, der Sie auf den richtigen Weg bringt. Obwohl es nicht 100 % genau ist, hilft es, den Prozess in Gang zu bringen.

Stellen Sie sich einen Arzt vor, der Antibiotika verschreibt, ohne zu wissen, ob Sie eine bakterielle Infektion oder einen Virus haben. Er tut dies in dem Wissen, dass das Medikament wirkt und das Problem gelöst wird, wenn Sie eine bakterielle Infektion haben. Wenn das Medikament nicht wirkt, weiß er zumindest, dass er es mit einem Virus zu tun hat, und wird Sie dann entsprechend behandeln.

In unserem Fall können Sie also einfach a beantragenKlemmferrit auf ein Kabel, wobei zu beachten ist, dass sich beide Leitungen (Vcc und Masse) in diesem Kabel befinden. Wenn das Rauschen reduziert wird (oder die Immunität erhöht wird), handelt es sich um ein Gleichtaktproblem. Wenn keine Auswirkung auftritt, handelt es sich um ein Differenzmodusproblem.

Wenn es sich also um ein Gleichtaktproblem handelt, können Sie auf Platinenebene eine Gleichtaktdrossel verwenden. Wenn das Problem im Differenzmodus liegt, kann ein Chip-Perlen-Ferrit verwendet werden.

Klemmferrite werden typischerweise aus zwei verschiedenen Materialtypen hergestellt: Mangan-Zink (MnZn) und Nickel-Zink (NiZn).

Nickel-Zinkkann in Situationen mit leitungsgebundenem oder abgestrahltem Rauschen bei hohen Frequenzen eingesetzt werden.Manganzinkwird hauptsächlich für Leitungsgeräusche bei niedrigeren Frequenzen verwendet, da seine höhere Permeabilität zu einer höheren Impedanz führt.

Dieses Bild bietet einen Leitfaden dafür, welches Material Sie je nach Situation verwenden sollten. Natürlich gibt es Ausnahmen, aber diese finden wir typisch.

Hier sehen wir eine visuelle Darstellung der Funktionsweise einer Gleichtaktdrossel.

Die roten Pfeile stellen a darDifferenzsignal hineingehen. Das ist ein nützliches Signal. Es erzeugt im Inneren des Kerns ein Magnetfeld, das gemäß der Rechte-Hand-Regel in eine Richtung verläuft.

Das Differenzsignal geht dann zurück zur Quelle, die gemäß der rechten Handregel ein weiteres Magnetfeld erzeugt. Diese beiden Felder werden sich im Kern gegenseitig aufheben.

Gleichtaktrauschen erzeugt ebenfalls einen magnetischen Fluss im Inneren des Kerns, aber dieses Mal haben beide Rauschsignale die gleiche Richtung, wie hier durch die schwarzen Pfeile dargestellt, was dazu führt, dass sich die Magnetfelder addieren. Der Kern reagiert mit hoher Impedanz auf unerwünschte Geräusche.

Bei der Verwendung eines Gleichtaktfilters ist zu beachten, dass eine Differenzimpedanz vorhanden sein kannabschwächen das Nutzsignal. Wie im Diagramm in Abbildung 6 dargestellt, stellt die blaue Linie die Gleichtaktimpedanz und die rote gepunktete Linie die Differenzimpedanz dar.

Das heißt, wenn das Signal bei 100 MHz liegt und diese Gleichtaktlösung verwendet wird, kommt es zu einer unbeabsichtigten Dämpfung des Signals durch die Differenzimpedanz.

Hier ist ein konkretes Beispiel. Die blaue Linie stellt die Gleichtaktimpedanz dar und die rote gestrichelte Linie zeigt die Gegentaktimpedanz. Das Nutzsignal wird durch die dicke schwarze Linie rechts bei 4 MHz angezeigt.

Dadurch werden die Gleichtaktdrosseln optimal genutzt, mit einer hohen Gleichtaktimpedanz genau bei diesen 4 MHz und einer niedrigen Gegentaktimpedanz.

Daher ist die Beeinflussung des Rauschens hoch und die Beeinträchtigung des Nutzsignals minimal. Überprüfen Sie beim Lesen der Datenblätter sowohl die Gleichtaktimpedanz als auch die Gegentaktimpedanz für dieses Teil.

In einer Gleichtaktdrossel werden zwei Arten von Wicklungen verwendet: Sektional- und Bifilarwicklungen.

Teilgewickelte Komponenten sind bei Stromversorgungsanwendungen am nützlichsten, da Hochspannungsleitungen durch einen Mindestabstand voneinander getrennt sein müssen. Sie können auch als Induktivitäten verwendet werden, um Gegentaktrauschen zu dämpfen. Da Teilkomponenten eine höhere Streuinduktivität aufweisen, dämpfen sie sowohl Gegentaktrauschen als auch Gleichtaktrauschen.

Bifilar gewickelte Teile werden typischerweise für Niederspannungs-Datensignalleitungen verwendet, da das Differenzmodussignal (Nutzsignal) nicht gedämpft werden soll. Dadurch entsteht eine geringere Streuinduktivität, die zum Filtern von Rauschen in einem Signal genutzt wird.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Art und Weise, wie beide Teile Gleichtaktrauschen dämpfen, sehr ähnlich ist. Es gibt jedoch einen großen Unterschied zwischen abschnittsweise gewickelten und bifilar gewickelten Teilen, wenn es um die Dämpfung von Gegentaktgeräuschen geht.

Sie können diese Unterschiede anhand der roten und schwarzen Linien in Abbildung 8 sehen. Beachten Sie, dass die Gleichtaktimpedanzen (durchgezogene Linien) sehr ähnlich sind, während die Differenzialmodusimpedanzen (gestrichelte Linien) sehr unterschiedlich sind.

Das Online-Tool REDEXPERT von Würth Elektronik hilft Ihnen dabei, die richtigen Komponenten zur Geräuschdämpfung zu finden. Verwenden Sie den EMI-Filter-Designer von REDEXPERT, um die Ergebnisse zu entwerfen und zu visualisieren. Geben Sie einfach die Details des Systems und den Lärm ein, den Sie dämpfen möchten, um die richtigen Komponenten zu finden.

Wenn Sie den Unterschied zwischen Gleichtakt- und Differenzrauschen verstehen und wissen, wie Sie Gleichtaktdrosseln verwenden, können Sie unerwünschtes Rauschen in Ihren Designs reduzieren. In unserem nächsten Artikel erfahren Sie noch mehr über Differenzialrauschen und Chip-Bead-Ferrite. Halten Sie also Ausschau, um Ihr EMV-Wissen weiter zu verbessern!

In der Zwischenzeit sind auch unsere früheren Artikel zu EMI-Grundlagen und EMV-Verlusten verfügbar.