使用霍尔效应电流传感器时，如何最大限度地减少电磁干扰的影响

大家好、欢迎观看 TI 高精度实验室磁电流传感器系列视频。

我叫

Mark Kleckner、 是电流检测产品部门的产品营销工程师。

在本视频中、我们将讨论 EMI、 定义、来源、

以及帮助减少利用霍尔效应电

流传感器的电路影响的有效方法和技术。

请记住、本视频中的技术通常

可以降低 TI 器件的 EMI 效应。

让我们简要回顾一下什么是电磁干扰或 EMI、

它是如何产生的、以及一些潜在的 EMI 源示例。

让我们首先看一下 EMI 是什么。

EMI 定义为任何会

降低电子器件性能的不良电气干扰或磁干扰。

这些干扰可能表现为器件和系统错误增加、

器件功能不正常、甚至损坏元件。

通常、当电磁

能量源产生干扰、穿过传输路径

到达受扰器件时、就会产生 EMI。

随着电气化不断推动对更高电压和更高

功率电子产品的需求不断增加、功率密度变得越来越重要、

而经典设计的外形尺寸正在缩小。

随着尺寸的减小、

EMI 在应用中成为一项更大的挑战、

需要正确进行设计并在权衡不允许针对布局条件进行设计时进行缓解。

电气设计中潜在的 EMI

源的一些示例包括 FET 等电机开关组件、

甚至是承载大功率开关信号的 PCB 上的铜迹线。

差模噪声是最常见的 EMI 引起噪声类型。

这种噪声在考察

器件引脚时具有相反的极性、通常是这样。

当 PCB 上的一条信号布线是相对于

干净模拟接地信号的噪声源时。

大多数情况下、基准可以是器件的接地引脚、

它与接地端或机箱无关。

大多数工程师在观察示波器上的 IC 输出信号时、

接地差模噪声被认为

是大多数工程师认为的典型噪声。

在查看 PCB

布局时、需要注意几个潜在的注意

事项、这可能会增加目标 IC

拾取差分噪声的可能性。

首先、将 FET 等开关元件放置在器件附近

会增加器件出现差分噪声的风险。

其次、PCB的导体之间甚至

元件本身内可能存在寄生电容路径、

导致不必要的差模噪声耦合到器件中。

这些寄生电容路径的负面影响包括信号耦合、

高通滤波、阻抗、不匹配和系统性能降低。

共模噪声通常是由辐射干扰源

（发射磁场和通过寄生电感耦合）产生的。

因此、无需单独的接地路径

即可在系统中传播此类噪声。

受影响的电路的瞬态响应。

共模电流以相同极性流入受影响器件的引脚、

并端接至大地或机箱地。

因此、这种类型的噪声在系统中更难测量。

通过在电感元件旁边放置非屏蔽信号布线、

可以产生共模噪声、如右侧的 PCB 示例所示。

共模电流的另一个可能原因是

TMCS 器件的信号布线通过电缆线束并靠近电机

或另一个电感元件。

有多种方法可以解决布局中的 EMI、其关键概念是电容耦合。

基于这一概念、

我们来看两个示例、了解四层和六层PCB的最佳堆叠、

作为将接地层靠近信号层放置的最佳实践。

这样可确保从信号层到其地的出色电容耦合。

比值。 布线遵循类似的建议、

其中最佳实践是在同一信号层上泛洪

接地、并将其拼接至上方和下方的接地层（如果可用）。

这模拟了屏蔽电缆背后的概念。

在顶层路由 TMCS 信号时、此幻灯片

上的 TMCS 布局示例显示了正确的布局。

模拟接地屏蔽 TMCS 信号、并拼接到下方接地层。

接下来、我们想了解常见的设计限制条件。

如果您的 PCB 没有

足够的层或灵活性来遵循上一张幻灯片中的建议、

那么您可能无法屏蔽从低压引脚到下游 ADC

或MCU的 TMCS 布线。

解决此问题的方法是为 TMCS 实施一个淹没式接地多边形、

并将其拼接到下面的接地层、即多边形。

这大大减小了解决方案的尺寸、从而还可以解决

共模和差模噪声问题。

铁氧体磁珠和电容器。

差分噪声进行滤波。

对于所示的布局、有输入电容器 C5、

C8 和 C4。 低电压频段使用的滤波器。

因为此布局假设低电压同时

存在共模噪声和差模噪声。

这不一定总是如此、

但强烈建议在需要在开关 FET 或

电感元件旁边布置 TMCS 布线的布局中使用。

现在、我们将深入探讨如何解决差分噪声问题、

特别是在原理图中。

解决此问题的简单方法是创建一个 LC 滤波器、通过铁氧体

磁珠和电容器观察低电压 TMCS 引脚。

我们建议先从 100MHz 处使用激进的高阻抗铁氧体磁珠（例如

1 千欧）和低直流电阻或 DCR（例如 100mg）。

对于电容器、始终建议使用 040 2

或 0 603 的大小以实现最低的寄生电感。

按照这些建议、

此滤波器将对最少的元件提供最深入的说明。

与具有–20dB/十倍频程滚降的 RC 低通滤波器不同。

带铁氧体磁珠的 LC 低通滤波器的速率为每十倍频 40dB。

滚降。

铁氧体磁珠的另一个优势是它们以热量的形式耗散能量。

与电感器不同、该电感器会存储所述的能量。

大约三分之一的元件。

应将这些滤波器尽可能靠近 TMCS 器件的低压引脚放置、

这一点至关重要。

滤波器放置得越远、其效率就越低。

最后、我们将讨论如何解决原理图中的共模噪声问题、

以基于差分噪声的滤波器建议来降低共模噪声。

需要在 LC 低通滤波

器中添加一个以橙色显示的额外电容器、

用于实现差分噪声。

添加后、会在存在电容器铁氧体磁珠电

容器网络的位置创建π型滤波器。

由于高频下的阻抗特性、

该输入电容器将分流高频电流噪声。

该电容器的大小应

适合系统中共模电流噪声的预期频率。

该疗法用于相反的效果。

对于共模噪声、它在目标频率下具有较高的阻抗。

解决π型滤波器中的共模电流噪声

问题的两个关键组件是构成

LC 低通滤波器的附加电容器和铁氧体 B。

器件的数据、引脚。

这两个元件的阻抗图说明了铁氧体磁珠如何

用作高频块、而电容器在 100MHz 处充当 100 Ω 阻抗。

本视频到此结束。

谢谢观看。

请尝试在结尾进行测验、检查您对内容的理解程度。

有关磁电流检测的更多信息和视频、

请访问 TI.com。 TMCS。

大家好、欢迎观看 TI 高精度实验室磁电流传感器系列视频。

我叫

Mark Kleckner、 是电流检测产品部门的产品营销工程师。

在本视频中、我们将讨论 EMI、 定义、来源、

以及帮助减少利用霍尔效应电

流传感器的电路影响的有效方法和技术。

请记住、本视频中的技术通常

可以降低 TI 器件的 EMI 效应。

让我们简要回顾一下什么是电磁干扰或 EMI、

它是如何产生的、以及一些潜在的 EMI 源示例。

让我们首先看一下 EMI 是什么。

EMI 定义为任何会

降低电子器件性能的不良电气干扰或磁干扰。

这些干扰可能表现为器件和系统错误增加、

器件功能不正常、甚至损坏元件。

通常、当电磁

能量源产生干扰、穿过传输路径

到达受扰器件时、就会产生 EMI。

随着电气化不断推动对更高电压和更高

功率电子产品的需求不断增加、功率密度变得越来越重要、

而经典设计的外形尺寸正在缩小。

随着尺寸的减小、

EMI 在应用中成为一项更大的挑战、

需要正确进行设计并在权衡不允许针对布局条件进行设计时进行缓解。

电气设计中潜在的 EMI

源的一些示例包括 FET 等电机开关组件、

甚至是承载大功率开关信号的 PCB 上的铜迹线。

差模噪声是最常见的 EMI 引起噪声类型。

这种噪声在考察

器件引脚时具有相反的极性、通常是这样。

当 PCB 上的一条信号布线是相对于

干净模拟接地信号的噪声源时。

大多数情况下、基准可以是器件的接地引脚、

它与接地端或机箱无关。

大多数工程师在观察示波器上的 IC 输出信号时、

接地差模噪声被认为

是大多数工程师认为的典型噪声。

在查看 PCB

布局时、需要注意几个潜在的注意

事项、这可能会增加目标 IC

拾取差分噪声的可能性。

首先、将 FET 等开关元件放置在器件附近

会增加器件出现差分噪声的风险。

其次、PCB的导体之间甚至

元件本身内可能存在寄生电容路径、

导致不必要的差模噪声耦合到器件中。

这些寄生电容路径的负面影响包括信号耦合、

高通滤波、阻抗、不匹配和系统性能降低。

共模噪声通常是由辐射干扰源

（发射磁场和通过寄生电感耦合）产生的。

因此、无需单独的接地路径

即可在系统中传播此类噪声。

受影响的电路的瞬态响应。

共模电流以相同极性流入受影响器件的引脚、

并端接至大地或机箱地。

因此、这种类型的噪声在系统中更难测量。

通过在电感元件旁边放置非屏蔽信号布线、

可以产生共模噪声、如右侧的 PCB 示例所示。

共模电流的另一个可能原因是

TMCS 器件的信号布线通过电缆线束并靠近电机

或另一个电感元件。

有多种方法可以解决布局中的 EMI、其关键概念是电容耦合。

基于这一概念、

我们来看两个示例、了解四层和六层PCB的最佳堆叠、

作为将接地层靠近信号层放置的最佳实践。

这样可确保从信号层到其地的出色电容耦合。

比值。 布线遵循类似的建议、

其中最佳实践是在同一信号层上泛洪

接地、并将其拼接至上方和下方的接地层（如果可用）。

这模拟了屏蔽电缆背后的概念。

在顶层路由 TMCS 信号时、此幻灯片

上的 TMCS 布局示例显示了正确的布局。

模拟接地屏蔽 TMCS 信号、并拼接到下方接地层。

接下来、我们想了解常见的设计限制条件。

如果您的 PCB 没有

足够的层或灵活性来遵循上一张幻灯片中的建议、

那么您可能无法屏蔽从低压引脚到下游 ADC

或MCU的 TMCS 布线。

解决此问题的方法是为 TMCS 实施一个淹没式接地多边形、

并将其拼接到下面的接地层、即多边形。

这大大减小了解决方案的尺寸、从而还可以解决

共模和差模噪声问题。

铁氧体磁珠和电容器。

差分噪声进行滤波。

对于所示的布局、有输入电容器 C5、

C8 和 C4。 低电压频段使用的滤波器。

因为此布局假设低电压同时

存在共模噪声和差模噪声。

这不一定总是如此、

但强烈建议在需要在开关 FET 或

电感元件旁边布置 TMCS 布线的布局中使用。

现在、我们将深入探讨如何解决差分噪声问题、

特别是在原理图中。

解决此问题的简单方法是创建一个 LC 滤波器、通过铁氧体

磁珠和电容器观察低电压 TMCS 引脚。

我们建议先从 100MHz 处使用激进的高阻抗铁氧体磁珠（例如

1 千欧）和低直流电阻或 DCR（例如 100mg）。

对于电容器、始终建议使用 040 2

或 0 603 的大小以实现最低的寄生电感。

按照这些建议、

此滤波器将对最少的元件提供最深入的说明。

与具有–20dB/十倍频程滚降的 RC 低通滤波器不同。

带铁氧体磁珠的 LC 低通滤波器的速率为每十倍频 40dB。

滚降。

铁氧体磁珠的另一个优势是它们以热量的形式耗散能量。

与电感器不同、该电感器会存储所述的能量。

大约三分之一的元件。

应将这些滤波器尽可能靠近 TMCS 器件的低压引脚放置、

这一点至关重要。

滤波器放置得越远、其效率就越低。

最后、我们将讨论如何解决原理图中的共模噪声问题、

以基于差分噪声的滤波器建议来降低共模噪声。

需要在 LC 低通滤波

器中添加一个以橙色显示的额外电容器、

用于实现差分噪声。

添加后、会在存在电容器铁氧体磁珠电

容器网络的位置创建π型滤波器。

由于高频下的阻抗特性、

该输入电容器将分流高频电流噪声。

该电容器的大小应

适合系统中共模电流噪声的预期频率。

该疗法用于相反的效果。

对于共模噪声、它在目标频率下具有较高的阻抗。

解决π型滤波器中的共模电流噪声

问题的两个关键组件是构成

LC 低通滤波器的附加电容器和铁氧体 B。

器件的数据、引脚。

这两个元件的阻抗图说明了铁氧体磁珠如何

用作高频块、而电容器在 100MHz 处充当 100 Ω 阻抗。

本视频到此结束。

谢谢观看。

请尝试在结尾进行测验、检查您对内容的理解程度。

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