Sebbene le bobine di arresto in modalità comune siano molto diffuse, un'alternativa potrebbe essere un filtro EMI monolitico. Se disposti correttamente, questi componenti in ceramica multistrato forniscono un'eccellente reiezione al rumore di modalità comune.
Molti fattori aumentano la quantità di interferenze "rumore" che possono danneggiare o interferire con la funzionalità delle apparecchiature elettroniche. Le auto di oggi sono un ottimo esempio. In un'auto troverai Wi-Fi, Bluetooth, radio satellitare, sistemi GPS e questo è solo l'inizio. Per gestire questa interferenza del rumore, l'industria utilizza in genere schermatura e filtri EMI per eliminare il rumore indesiderato. Ma alcune soluzioni tradizionali per eliminare EMI/RFI non sono più sufficienti.
Questo problema porta molti OEM a evitare l'uso di filtri differenziali a 2 condensatori, 3 condensatori (un condensatore X e 2 condensatori Y), filtri passanti, induttanze di modo comune o una combinazione di questi per una soluzione più adatta come un filtro EMI monolitico con migliore reiezione del rumore in un pacchetto più piccolo.
Quando le apparecchiature elettroniche ricevono forti onde elettromagnetiche, nel circuito possono essere indotte correnti indesiderate che causano un funzionamento imprevisto o interferiscono con il funzionamento previsto.
Le EMI/RFI possono essere sotto forma di emissioni condotte o irradiate. Quando le EMI sono condotte, significa che il rumore si propaga lungo i conduttori elettrici. Le EMI irradiate si verificano quando il rumore si propaga nell'aria sotto forma di campi magnetici o onde radio.
Anche se l'energia applicata dall'esterno è piccola, se si mescola con le onde radio utilizzate per la trasmissione e la comunicazione, può causare perdita di ricezione, rumore anomalo nel suono o interruzione del video. Se l'energia è troppo forte, può danneggiare le apparecchiature elettroniche.
Le fonti includono il rumore naturale (ad es. scariche elettrostatiche, illuminazione e altre fonti) e il rumore prodotto dall'uomo (ad es. rumore di contatto, perdite da apparecchiature che utilizzano alte frequenze, emissioni indesiderate, ecc.). In genere, il rumore EMI/RFI è un rumore di modo comune , quindi la soluzione è utilizzare un filtro EMI per rimuovere le alte frequenze indesiderate, sia come dispositivo separato che incorporato in un circuito stampato.
Filtri EMI I filtri EMI sono tipicamente costituiti da componenti passivi, come condensatori e induttori, che sono collegati per formare un circuito.
“Gli induttori consentono il passaggio della corrente continua o a bassa frequenza bloccando le correnti indesiderate ad alta frequenza.I condensatori forniscono un percorso a bassa impedenza per deviare il rumore ad alta frequenza dall'ingresso del filtro all'alimentazione o alla connessione di terra”, afferma Christophe Cambrelin della società di condensatori Johanson Dielectrics.EMI filter.
I tradizionali metodi di filtraggio di modo comune includono filtri passa-basso che utilizzano condensatori che trasmettono segnali con frequenze al di sotto di una frequenza di taglio selezionata e attenuano i segnali con frequenze al di sopra della frequenza di taglio.
Un punto di partenza comune consiste nell'applicare una coppia di condensatori in una configurazione differenziale, con un condensatore tra ciascuna traccia dell'ingresso differenziale e la terra. I filtri capacitivi in ogni gamba deviano EMI/RFI a terra al di sopra della frequenza di taglio specificata. Poiché questa configurazione comporta inviando segnali di fasi opposte sui due fili, il rapporto segnale/rumore viene migliorato mentre il rumore indesiderato viene inviato a terra.
"Sfortunatamente, il valore di capacità degli MLCC con dielettrici X7R (tipicamente utilizzati per questa funzione) può variare in modo significativo con il tempo, la tensione di polarizzazione e la temperatura", ha affermato Cambrelin.
“Quindi, anche se due condensatori sono strettamente abbinati in un dato momento a temperatura ambiente a bassa tensione, è probabile che finiscano con valori molto diversi una volta che il tempo, la tensione o la temperatura cambiano.Questa discrepanza tra i due fili si tradurrà in risposte disuguali vicino al cutoff del filtro.Pertanto, converte il rumore di modo comune in rumore differenziale.
Un'altra soluzione è collegare un condensatore "X" di grande valore tra i due condensatori "Y". Lo shunt capacitivo "X" fornisce un bilanciamento di modo comune ideale, ma ha anche l'effetto collaterale indesiderato del filtraggio del segnale differenziale. Forse la soluzione più comune e un'alternativa a un filtro passa-basso è un'induttanza di modo comune.
Un'induttanza di modo comune è un trasformatore 1:1 con entrambi gli avvolgimenti che fungono da primario e secondario. In questo metodo, la corrente attraverso un avvolgimento induce una corrente opposta nell'altro avvolgimento. Sfortunatamente, anche le induttanze di modo comune sono pesanti, costose e sensibili al cedimento indotto dalle vibrazioni.
Tuttavia, un'induttanza di modo comune adatta con corrispondenza e accoppiamento perfetti tra gli avvolgimenti è trasparente ai segnali differenziali e presenta un'elevata impedenza al rumore di modo comune. Uno svantaggio delle induttanze di modo comune è l'intervallo di frequenza limitato dovuto alla capacità parassita. , maggiore è l'induttanza utilizzata per ottenere il filtraggio a bassa frequenza, maggiore è il numero di giri necessari, con conseguenti capacità parassite che non possono superare il filtraggio ad alta frequenza.
I disallineamenti tra gli avvolgimenti dovuti alle tolleranze di fabbricazione meccanica causano il cambio di modalità, in cui una parte dell'energia del segnale viene convertita in rumore di modo comune e viceversa. Questa situazione può causare problemi di compatibilità elettromagnetica e immunità. Il disadattamento riduce anche l'induttanza effettiva di ciascuna gamba.
In ogni caso, le bobine di arresto in modalità comune offrono vantaggi significativi rispetto ad altre opzioni quando il segnale differenziale (passante) opera nella stessa gamma di frequenza del rumore di modalità comune che deve essere respinto. Utilizzando un'induttanza di modalità comune, la banda passante del segnale può essere estesa alla banda di reiezione di modo comune.
Filtri EMI monolitici Sebbene le bobine di arresto in modalità comune siano molto diffuse, è possibile utilizzare anche filtri EMI monolitici. Se disposti correttamente, questi componenti in ceramica multistrato forniscono un'eccellente reiezione del rumore di modalità comune. Combinano due condensatori shunt bilanciati in un unico pacchetto per la cancellazione e la schermatura dell'induttanza reciproca .Questi filtri utilizzano due percorsi elettrici separati all'interno di un singolo dispositivo collegato a quattro connessioni esterne.
Per evitare confusione, va notato che i filtri EMI monolitici non sono condensatori passanti tradizionali. Sebbene abbiano lo stesso aspetto (stessa confezione e aspetto), sono molto diversi nel design e non sono collegati allo stesso modo. Come altri EMI filtri, i filtri EMI monolitici attenuano tutta l'energia al di sopra della frequenza di taglio specificata e selezionano per far passare solo l'energia del segnale desiderata, deviando il rumore indesiderato a "massa".
Tuttavia, la chiave è un'induttanza molto bassa e un'impedenza corrispondente. Per i filtri EMI monolitici, i terminali sono collegati internamente a un elettrodo di riferimento comune (schermo) all'interno del dispositivo e le piastre sono separate dall'elettrodo di riferimento. Elettrostaticamente, i tre nodi elettrici sono formati da due metà capacitive che condividono un elettrodo di riferimento comune, tutte contenute all'interno di un unico corpo ceramico.
L'equilibrio tra le due metà del condensatore significa anche che gli effetti piezoelettrici sono uguali e opposti, annullandosi a vicenda. Questa relazione influisce anche sulla variazione di temperatura e tensione, quindi i componenti su entrambe le linee invecchiano allo stesso modo. Se c'è uno svantaggio di queste EMI monolitiche filtri, è che non funzioneranno se il rumore di modo comune è alla stessa frequenza del segnale differenziale. "In questo caso, un choke di modo comune è una soluzione migliore", ha detto Cambrelin.
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Tempo di pubblicazione: 19 aprile 2022
