Ферритовые бусинки

Ферритовые бусинки — не самая популярная штука, по крайней мере, в интернетовских схемах они встречаются довольно редко. А вот и зря: если посмотреть внутрь компьютера или какой-нибуть другой профессионально сделанной техники их можно заметить там в огромных количествах.



Давайте разберемся — что это такое, какие у них есть характеристики, где использовать и чем они отличаются от простых катушек.

Что это такое?

Ферритовые бусинки, как не странно, это просто провод пропущенный через феррит. Они выпускаются в разных вариантах: бывают выводные, в виде бусинки (отсюда и название), а бывает SMD исполнение, больше напоминающее SMD конденсатор, только черного цвета.

Для чего используются?

Бусинки обычно используются для подавления помех. Их стоит рассматривать как частотно зависимое сопротивление.

К примеру, на частоте 1 МГц сопротивление бусинки — 1 Ом, а на частоте 100 МГц — 50 Ом. Если такую бусинку поставить в делитель напряжения, в нижнем плече которого будет сопротивление в 50 Ом, то на 1МГц такой делитель выдаст 98% входной амплитуды, а на частоте 100 МГц — всего 50%.



Если вместо резистора использовать конденсатор (что обычно и делают), то подавление будет еще большим. В прочем, часто нижнего плеча делителя вообще не ставят — его роль играют паразитные элементы схемы (входная емкость микросхем, емкость дорожек платы, итп).

Чем бусинки отличаются от катушек?

Бусинки, несмотря на то, что их часто так называют — это не катушки индуктивности.



Дело в том, что бусинки изготавливаются из специальных ферритов с большими потерями на перемагничивание. Чем чаще феррит перемагничивается (больше частота), тем больше на нем теряется энергии. Эта энергия выделяется в виде тепла. Все что выделяет тепло является активным сопротивлением, а не катушкой индуктивности!

В даташитах часто приводят вот такие графики (по клику откроется даташит от Murata):



X — это реактивная часть импеданса, R — активная, Z — полный импеданс.

Как видно, после 30МГц активное сопротивление преобладает над реактивным и это очень круто, активное сопротивление снижает добротность паразитных колебательных контуров и не дает им «зазвенеть». В итоге, бусинки очень эффективно вычищают всю ту высокочастотную грязь, которая появляется в схемах с быстрыми переключениями.

Какие у них бывают параметры?

Почему-то принято нормировать бусинки по импедансу на частоте 100 МГц. К примеру, можно найти 100 Ом бусинки. Это будет значить что на частоте 100 МГц их импеданс — 100 Ом. Это, правда, не несет никакой информации о всех остальных частотах. Поэтому лучше взглянуть в даташит.

Вот, к примеру, такую характеристику показывает в даташитах TDK:


Как видно, после 200 МГц у верхней бусинки паразитные элементы начинают доминировать, и импеданс сильно падает. Если мы хотим отфильтровать жужжание мобильных телефонов (900/1800 МГц), то такая бусинка практически бесполезна. Намного лучше будет работать вот эта:



Кроме того, через такую бусинку можно пропустить довольно высокочастотный (к примеру, 10 МГц) сигнал, что с прошлой сделать было невозможно.

У бусинок есть еще допустимый ток. Ну, тут все просто — нужно просто не превышать этот ток и все.

Как видно, бусинки нужно выбирать под конкретную задачу.

Типичные применения

Самое типичное применение — фильтр аналогового питания. Когда внутренние КМОП-каскады цифровых схем переключаются, они создают много шума, который без проблем распространяется по питанию. При этом, спектр этого шума может быть намного больше, чем тактовая частота цифровой части. Если рядом нужно разместить какой-то чувствительное аналоговое устройства, то бусинки спасают:


Пример бусинки, которая сюда отлично подходит в среднестатистическом случае:

• BLM21PG331SN1D (0805)
• BLM18KG331 (0603)
• BLM18PG331 (0603)

Другое типичное применение — подавление паразитного излучения длинных кабелей. Наверное всем было интересно — что делает вот эта блямба на кабеле:

Так как бусинка надета на все провода сразу, она работает только для разницы «вытекающего» и возвращающегося обратно тока. Если «вытекает» больше тока чем возвращается (провод излучает), бусинка становится сопротивлением для этой разницы и не дает излучать в эфир того, чего там не ждут.

Видео с демонстрацией