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Sebbene le induttanze di modo comune siano popolari, un'alternativa potrebbe essere un filtro EMI monolitico. Se disposti correttamente, questi componenti ceramici multistrato forniscono un'eccellente reiezione del rumore di modo 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 queste interferenze di rumore, l'industria utilizza generalmente schermature 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'utilizzo di 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 possono causare un funzionamento anomalo o interferire con il funzionamento previsto.
L'EMI/RFI può presentarsi sotto forma di emissioni condotte o irradiate. Quando l'EMI è condotta, significa che il rumore si propaga lungo i conduttori elettrici. L'EMI irradiata si verifica quando il rumore viaggia 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 apparecchiature elettroniche.
Le fonti includono rumore naturale (ad esempio, scariche elettrostatiche, illuminazione e altre fonti) e rumore causato dall'uomo (ad esempio, rumore di contatto, perdite di apparecchiature che utilizzano alte frequenze, emissioni indesiderate, ecc.). In genere, il rumore EMI/RFI è rumore di modo comune , quindi la soluzione è utilizzare un filtro EMI per rimuovere le alte frequenze indesiderate, come dispositivo separato o incorporato in un circuito stampato.
Filtri EMI I filtri EMI sono generalmente costituiti da componenti passivi, come condensatori e induttori, collegati per formare un circuito.
“Gli induttori consentono il passaggio della corrente continua o a bassa frequenza bloccando le correnti ad alta frequenza indesiderate.I condensatori forniscono un percorso a bassa impedenza per deviare il rumore ad alta frequenza dall'ingresso del filtro alla connessione di alimentazione o di terra", produce un filtro ceramico multistrato, ha affermato Christophe Cambrelin della società di condensatori Johanson Dielectrics.Filtro EMI.
I tradizionali metodi di filtraggio di modo comune includono filtri passa-basso che utilizzano condensatori che fanno passare segnali con frequenze inferiori a una frequenza di taglio selezionata e attenuano segnali con frequenze superiori alla frequenza di taglio.
Un punto di partenza comune è applicare una coppia di condensatori in una configurazione differenziale, con un condensatore tra ciascuna traccia dell'ingresso differenziale e terra. I filtri capacitivi in ​​ogni ramo deviano le EMI/RFI a terra al di sopra della frequenza di taglio specificata. Poiché questa configurazione implica 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 (comunemente 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 e a bassa tensione, è probabile che finiscano con valori molto diversi una volta che il tempo, la tensione o la temperatura cambiano.Questa incoerenza tra i due fili. L'abbinamento risulterà in risposte disuguali vicino al taglio del filtro.Pertanto, converte il rumore di modo comune in rumore differenziale”.
Un'altra soluzione è quella di collegare un condensatore "X" di grande valore tra i due condensatori "Y". Lo shunt capacitivo "X" fornisce un equilibrio ideale di modo comune, 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 una bobina 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 adattamento e accoppiamento perfetti tra gli avvolgimenti è trasparente ai segnali differenziali e ha un'elevata impedenza al rumore di modo comune. Uno svantaggio delle induttanze di modo comune è la gamma di frequenza limitata dovuta alla capacità parassita. Per un dato materiale del nucleo , maggiore è l'induttanza utilizzata per ottenere il filtraggio a bassa frequenza, maggiore è il numero di spire richieste, con conseguente capacità parassite che non possono superare il filtraggio ad alta frequenza.
I disallineamenti tra gli avvolgimenti dovuti alle tolleranze di produzione 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 inoltre l'induttanza effettiva di ciascun ramo.
Indipendentemente da ciò, le induttanze di modo comune presentano vantaggi significativi rispetto ad altre opzioni quando il segnale differenziale (passante) opera nello stesso intervallo di frequenza del rumore di modo comune che deve essere rifiutato. Utilizzando un'induttanza di modo comune, la banda passante del segnale può essere estesa al banda di reiezione di modo comune.
Filtri EMI monolitici Sebbene le induttanze di modo comune siano popolari, è possibile utilizzare anche filtri EMI monolitici. Se correttamente disposti, questi componenti ceramici multistrato forniscono un'eccellente reiezione del rumore di modo 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 (stesso imballaggio 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 scelgono di far passare solo l'energia del segnale desiderata, deviando il rumore indesiderato a "terra".
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 (schermo) comune 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, il tutto contenuto in 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, uno starter di modo comune è una soluzione migliore", ha detto Cambrelin.
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