EMC の基礎: コモンモードと差動ノイズ

Nov 20, 2023

簡単な思い出として、差動電流ソースパスとリターンパスを通って反対方向に流れますが、コモンモード電流ソースパスとリターンパスを通って同じ方向に流れ、グランドパスを通る回路が完成します。

対処しているかどうかをどうやって知ることができますかコモンモードノイズまたは差動ノイズ ? これは、回答が必要な一般的な質問です。

ここでは、正しい方向に進むための簡単なトリックを紹介します。 100% 正確ではありませんが、プロセスを開始するのに役立ちます。

あなたが細菌感染しているのか、ウイルスに感染しているのかも分からないまま、医師が抗生物質を処方するところを想像してみてください。 医師は、細菌感染症がある場合には薬が効き、問題が解決されることを知っている上でそうするのです。 薬が効かなかったとしても、少なくとも彼は自分がウイルスに感染していることを知っているので、それに応じた治療をしてくれるでしょう。

したがって、私たちの場合、単純に適用できますクランプオンフェライト両方のライン (Vcc とグランド) がそのケーブル内にあることを覚えておいてください。 ノイズが減少する (または耐性が増加する) 場合、それはコモンモードの問題です。 効果がない場合は、ディファレンシャルモードの問題です。

したがって、ボードレベルでコモンモードの問題であれば、コモンモードチョークを使用できます。 差動モードに問題がある場合は、チップビーズフェライトを使用できます。

クランプオン フェライトは通常、マンガン亜鉛 (MnZn) とニッケル亜鉛 (NiZn) という 2 つの異なるタイプの材料で作られています。

ニッケル亜鉛高周波の伝導ノイズまたは放射ノイズがある状況で使用できます。マンガン亜鉛より高い透磁率がより多くのインピーダンスを与えるため、主に低周波数の伝導性ノイズに使用されます。

この画像は、状況に応じて使用するマテリアルのガイドラインを示します。 もちろん例外もありますが、これが典型的なものであると考えられます。

ここでは、コモンモードチョークがどのように機能するかを視覚的に表現しています。

赤い矢印は、差動信号これは便利な信号です。 右手の法則に従って、コア内に一方向の磁場が生成されます。

その後、差動信号はソースに戻り、右手の法則に従って別の磁場が生成されます。 これら 2 つのフィールドはコア内で互いに打ち消し合います。

コモンモードノイズもコア内に磁束を生成しますが、今回は黒い矢印で示すように、両方のノイズ信号が同じ方向を向いており、結果として磁場が加算されます。 コアは不要なノイズに対して高インピーダンスで応答します。

コモンモードフィルタを使用するときに留意すべき点は、差動インピーダンスが存在することです。減衰有用な信号。 図 6 のグラフに示すように、青い線はコモンモード インピーダンスを表し、赤い点線は差動インピーダンスを示します。

これは、信号が 100 MHz の場合、このコモンモード ソリューションを使用すると、差動インピーダンスによる信号の意図しない減衰が発生することを意味します。

具体的な例を示します。 青い線はコモンモードインピーダンスを表し、赤い点線はディファレンシャルモードインピーダンスを示します。 有用な信号は、4 MHz の右側の太い黒線で示されています。

これは、4 MHz での高いコモンモード インピーダンスと低いディファレンシャル モード インピーダンスを備えたコモン モード チョークをうまく利用しています。

したがって、ノイズへの影響は大きく、有用な信号への影響は最小限に抑えられます。 データシートを読むときは、その部品のコモンモード インピーダンスとディファレンシャル モード インピーダンスの両方を確認してください。

コモンモードチョークで使用される巻線には、セクション巻線とバイファイラ巻線の 2 種類があります。

部分的に巻かれたコンポーネント高電圧ラインは最小限の距離で分離する必要があるため、電源アプリケーションで最も役立ちます。 差動モードノイズを減衰するためのインダクタとしても使用できます。 セクションコンポーネントの漏れインダクタンスが高いため、コモンモードノイズだけでなくディファレンシャルモードノイズも減衰します。

バイファイラー巻き部品差動モード信号 (有用な信号) を減衰させたくないため、通常は低電圧データ信号線に使用されます。 したがって、漏れインダクタンスが低くなり、信号上のノイズをフィルタリングするために利用されます。

要約すると、どちらの部品もコモンモードノイズを減衰する方法は非常に似ています。 ただし、ディファレンシャルモードノイズの減衰に関しては、分割巻き部品とバイファイラ巻き部品の間には大きな違いがあります。

これらの違いは、図 8 の赤線と黒線で示されています。コモンモード インピーダンス (実線) は非常に似ているのに対し、ディファレンシャル モード インピーダンス (破線) は大きく異なることに注目してください。

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コモンモードと差動ノイズの違い、およびコモンモードチョークの使用方法を理解することで、設計内の不要なノイズを削減できるようになります。 次回の記事では、差動ノイズとチップビーズフェライトについてさらに詳しい情報を提供する予定ですので、EMC の知識を向上させるために注目してください。

それまでの間、EMI の基礎と EMC 損失に関する以前の記事もご覧いただけます。