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Sebbene le induttanze di modo comune siano popolari, un'altra possibilità è un filtro EMI monolitico. Se il layout è ragionevole, questi componenti ceramici multistrato possono fornire un'eccellente soppressione del rumore di modo comune.
Molti fattori aumentano la quantità di interferenze “rumore” che possono danneggiare o interferire con la funzionalità dei dispositivi elettronici. L'auto di oggi è un tipico esempio. In un'auto puoi trovare Wi-Fi, Bluetooth, radio satellitare, sistemi GPS e questo è solo l'inizio. Per gestire questo tipo di interferenza acustica, l'industria utilizza solitamente schermature e filtri EMI per eliminare il rumore indesiderato. Oggi, però, alcune soluzioni tradizionali per eliminare le interferenze EMI/RFI non sono più applicabili.
Questo problema ha indotto molti OEM a evitare scelte come differenziali a 2 condensatori, 3 condensatori (un condensatore X e due condensatori Y), filtri passanti, induttanze di modo comune o combinazioni di questi per ottenere soluzioni più adatte. Ad esempio, nel filtro EMI monolitico con una migliore soppressione del rumore in un pacchetto più piccolo.
Quando l'apparecchiatura elettronica riceve forti onde elettromagnetiche, nel circuito possono essere indotte correnti indesiderate che possono causare un funzionamento imprevisto o interferire con il funzionamento previsto.
Le EMI/RFI possono presentarsi sotto forma di emissioni condotte o irradiate. Quando viene condotta l'EMI, significa che il rumore si propaga lungo i conduttori elettrici. Quando il rumore si propaga nell'aria sotto forma di campo magnetico o onde radio, si verificano EMI irradiate.
Anche se l'energia applicata dall'esterno è piccola, se viene mescolata con le onde radio utilizzate per la trasmissione e la comunicazione, causerà problemi di ricezione, rumori sonori anomali o interruzioni video. Se l'energia è troppo forte, l'apparecchiatura elettronica potrebbe danneggiarsi.
Le fonti includono rumore naturale (come scariche elettrostatiche, illuminazione e altre fonti) e rumore artificiale (come rumore di contatto, uso di apparecchiature con perdite ad alta frequenza, radiazioni nocive, ecc.). Generalmente, il rumore EMI/RFI è rumore di modo comune, quindi la soluzione è utilizzare filtri EMI per eliminare le alte frequenze indesiderate come dispositivo separato o incorporato in un circuito.
Filtro EMI Il filtro EMI è solitamente composto 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 al contempo le dannose correnti indesiderate ad alta frequenza. I condensatori forniscono un percorso a bassa impedenza per trasferire il rumore ad alta frequenza dall'ingresso del filtro alla connessione di alimentazione o di terra", ha affermato Christophe Cambrelin di Johanson Dielectrics che ha affermato che l'azienda produce condensatori ceramici multistrato e filtri 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, utilizzando un condensatore tra ciascuna traccia e la terra dell'ingresso differenziale. Il filtro del condensatore in ciascun ramo trasferisce EMI/RFI a terra al di sopra della frequenza di taglio specificata. Poiché questa configurazione prevede l'invio di segnali di fase opposta attraverso due fili, migliora il rapporto segnale-rumore inviando al suolo rumore indesiderato.
"Sfortunatamente, il valore di capacità degli MLCC con dielettrici X7R (solitamente utilizzati per questa funzione) varia in modo significativo con il tempo, la tensione di polarizzazione e la temperatura", ha affermato Cambrelin.
“Quindi, anche se questi due condensatori sono strettamente abbinati a temperatura ambiente e a bassa tensione, in un dato momento, una volta che il tempo, la tensione o la temperatura cambiano, è probabile che finiscano con valori molto diversi. Questo tipo di mancata corrispondenza tra due linee A causerà risposte disuguali vicino al taglio del filtro. Pertanto, converte il rumore di modo comune in rumore differenziale”.
Un'altra soluzione è quella di collegare a ponte un condensatore "X" di grande valore tra i due condensatori "Y". Lo shunt del condensatore "X" può fornire l'effetto di bilanciamento di modo comune richiesto, ma produrrà effetti collaterali indesiderati di filtraggio del segnale differenziale. Forse la soluzione e l'alternativa più comune ai filtri passa-basso sono le induttanze di modo comune.
L'induttanza di modo comune è un trasformatore 1:1 in cui entrambi gli avvolgimenti fungono da primario e secondario. In questo metodo, la corrente che passa attraverso un avvolgimento induce la corrente opposta nell'altro avvolgimento. Sfortunatamente, le induttanze di modo comune sono anche pesanti, costose e soggette a guasti causati dalle vibrazioni.
Tuttavia, un'adatta induttanza di modo comune con adattamento 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 la gamma di frequenza limitata causata dalla 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 e la capacità parassita che ne deriva, rendendo inefficace il filtraggio ad alta frequenza.
Le discrepanze nelle tolleranze di fabbricazione meccanica tra gli avvolgimenti possono causare la conversione della modalità, in cui parte dell'energia del segnale viene convertita in rumore di modo comune e viceversa. Questa situazione causerà problemi di compatibilità elettromagnetica e immunità. Il disadattamento riduce anche l'induttanza effettiva di ciascuna gamba.
In ogni caso, quando il segnale differenziale (passaggio) funziona nella stessa gamma di frequenza del rumore di modo comune che deve essere soppresso, l'induttanza di modo comune presenta un vantaggio significativo rispetto ad altre opzioni. Utilizzando induttanze di modo comune, la banda passante del segnale può essere estesa alla banda di arresto di modo comune.
Filtri EMI monolitici Sebbene le induttanze di modo comune siano popolari, un'altra possibilità sono i filtri EMI monolitici. Se il layout è ragionevole, questi componenti ceramici multistrato possono fornire un'eccellente soppressione del rumore di modo comune. Combinano due condensatori paralleli bilanciati in un unico pacchetto, che ha una cancellazione reciproca dell'induttanza ed effetti di schermatura. Questi filtri utilizzano due percorsi elettrici indipendenti in un unico dispositivo collegato a quattro connessioni esterne.
Per evitare confusione, va notato che il filtro EMI monolitico non è un condensatore passante tradizionale. Sebbene abbiano lo stesso aspetto (stesso pacchetto e stesso aspetto), il loro design è abbastanza diverso e anche i loro metodi di connessione sono diversi. Come altri filtri EMI, un filtro EMI monolitico attenua tutta l'energia al di sopra della frequenza di taglio specificata e seleziona solo l'energia del segnale richiesta per passare, trasferendo il rumore indesiderato a "terra".
Tuttavia, la chiave è un'induttanza molto bassa e un'impedenza adattata. Per un filtro EMI monolitico, il terminale è collegato internamente all'elettrodo di riferimento comune (schermatura) nel dispositivo e la scheda è separata dall'elettrodo di riferimento. In termini di elettricità statica, i tre nodi elettrici sono formati da due metà capacitive, che condividono un elettrodo di riferimento comune, tutti gli elettrodi di riferimento sono contenuti 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 sulle variazioni di temperatura e di tensione, per cui i componenti delle due linee presentano lo stesso grado di invecchiamento. Se questi filtri EMI monolitici presentano uno svantaggio, non possono essere utilizzati se il rumore di modo comune ha la stessa frequenza del segnale differenziale. "In questo caso, uno starter di modo comune è una soluzione migliore", ha affermato Cambrelin.
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