Filtraggio del rumore di modo comune con filtri EMI monolitici

Di Mike Santora | 9 agosto 2019

Nonostante la popolarità delle induttanze di modo comune, un'alternativa potrebbe essere rappresentata dai filtri EMI monolitici. 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 disturbare la funzionalità dei dispositivi elettronici. Le automobili di oggi sono un ottimo esempio. In un unico veicolo puoi trovare Wi-Fi, Bluetooth, radio satellitare, sistemi GPS e questo è solo l'inizio. Per gestire queste interferenze di rumore, l'industria utilizza generalmente la schermatura insieme a filtri EMI per eliminare il rumore indesiderato. Oggi, però, alcune delle soluzioni tradizionali per eliminare le interferenze EMI/RFI non sono più sufficienti.

Questo problema sta portando molti OEM a evitare opzioni come differenziali a 2 condensatori, 3 condensatori (un condensatore X e 2 condensatori Y), filtri passanti, induttanze di modo comune o combinazioni di questi per soluzioni più adatte come Filtri EMI monolitici che offrono una migliore soppressione del rumore in un pacchetto più piccolo.

Quando i dispositivi elettronici ricevono forti onde elettromagnetiche, nel circuito possono essere indotte correnti elettriche indesiderate che possono causare operazioni impreviste o interferire con le operazioni previste.

Le EMI/RFI possono presentarsi sotto forma di emissioni condotte o irradiate. Quando l'EMI viene condotta, significa che il rumore viaggia lungo i conduttori elettrici. L'EMI irradiata si verifica 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 viene mescolata con le onde radio utilizzate per la trasmissione e la comunicazione, può causare perdita di ricezione, rumore anomalo nel suono o interruzioni del video. Se l'energia è troppo potente, i dispositivi elettronici possono danneggiarsi.

Le fonti includono rumore naturale come scariche elettrostatiche, illuminazione e altre fonti e rumore artificiale come rumore di contatto, dispositivi che perdono che utilizzano alte frequenze, emissioni indesiderate e altro. Solitamente, il rumore EMI/RFI è rumore di modo comune, quindi la soluzione è eliminare le alte frequenze indesiderate con un filtro EMI, come dispositivo separato o incorporato nei circuiti stampati.

Filtri EMII filtri EMI sono generalmente costituiti da componenti passivi, come condensatori e induttori, collegati per formare circuiti.

“Gli induttori consentono il passaggio di correnti continue o a bassa frequenza bloccando al contempo le dannose correnti indesiderate ad alta frequenza. I condensatori forniscono un percorso a bassa impedenza per deviare il rumore ad alta frequenza lontano dall'ingresso del filtro, verso l'alimentazione o verso la connessione di terra", afferma Christophe Cambrelin di Johanson Dielectrics, un'azienda che produce condensatori ceramici multistrato e Filtri EMI.

Gli approcci tradizionali al filtraggio di modo comune includono filtri passa basso che utilizzano condensatori che fanno passare segnali con una frequenza inferiore a una frequenza di taglio selezionata e attenuano i 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 e terra dell'ingresso differenziale. Il filtro capacitivo in ciascun ramo devia l'EMI/RFI a terra al di sopra di una frequenza di taglio specificata. Poiché questa configurazione prevede l'invio di un segnale di fase opposta attraverso due fili, il rapporto segnale/rumore viene migliorato mentre il rumore indesiderato viene inviato a terra.

"Sfortunatamente, il valore di capacità di un MLCC con dielettrico X7R (tipicamente utilizzato per questa funzione) varia in modo significativo con il tempo, la tensione di polarizzazione e la temperatura", afferma Cambrelin.

“Quindi, anche se i due condensatori sono strettamente abbinati a temperatura ambiente, con una bassa tensione, in un dato momento, è molto probabile che finiscano per avere un valore molto diverso una volta che il tempo, la tensione o la temperatura sono cambiati. Questa mancata corrispondenza tra le due linee farà sì che la risposta vicino al cut-off del filtro non sia uniforme. Pertanto, convertirà il rumore di modo comune in rumore differenziale”.