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Filtragem de ruído de modo comum usando filtros EMI monolíticos

Embora indutores de modo comum sejam populares, uma alternativa pode ser um filtro EMI monolítico. Quando dispostos corretamente, esses componentes cerâmicos multicamadas fornecem excelente rejeição de ruído de modo comum.
Muitos fatores aumentam a quantidade de interferência de “ruído” que pode danificar ou interferir na funcionalidade de equipamentos eletrônicos. Os carros de hoje são um excelente exemplo. Em um carro, você encontrará Wi-Fi, Bluetooth, rádio via satélite, sistemas de GPS e isso é apenas o começo. Para gerenciar essa interferência de ruído, a indústria normalmente usa blindagem e filtros EMI para eliminar ruído indesejado. Mas algumas soluções tradicionais para eliminar EMI/RFI não são mais suficientes.
Este problema leva muitos OEMs a evitar o uso de diferencial de 2 capacitores, 3 capacitores (um capacitor X e 2 capacitores Y), filtros de passagem, bobinas de modo comum ou uma combinação destes para uma solução mais adequada, como um filtro EMI monolítico com melhor rejeição de ruído em um pacote menor.
Quando o equipamento eletrônico recebe ondas eletromagnéticas fortes, correntes indesejadas podem ser induzidas no circuito e causar operação não intencional – ou interferir na operação pretendida.
A EMI/RFI pode estar na forma de emissões conduzidas ou irradiadas. Quando a EMI é conduzida, significa que o ruído se propaga ao longo dos condutores elétricos. A EMI irradiada ocorre quando o ruído se propaga pelo ar na forma de campos magnéticos ou ondas de rádio.
Mesmo que a energia aplicada de fora seja pequena, se ela se misturar com as ondas de rádio usadas para transmissão e comunicação, pode causar perda de recepção, ruído anormal no som ou interrupção do vídeo. Se a energia for muito forte, pode danificar equipamentos eletrônicos.
As fontes incluem ruído natural (por exemplo, descarga eletrostática, iluminação e outras fontes) e ruído produzido pelo homem (por exemplo, ruído de contato, vazamento de equipamento usando altas frequências, emissões indesejadas etc.). Normalmente, o ruído EMI/RFI é um ruído de modo comum , então a solução é usar um filtro EMI para remover altas frequências indesejadas, seja como um dispositivo separado ou embutido em uma placa de circuito.
Filtros EMI Os filtros EMI geralmente consistem em componentes passivos, como capacitores e indutores, que são conectados para formar um circuito.
“Os indutores permitem a passagem de corrente contínua ou de baixa frequência enquanto bloqueiam correntes indesejadas de alta frequência.Os capacitores fornecem um caminho de baixa impedância para desviar o ruído de alta frequência da entrada do filtro para a alimentação ou conexão de aterramento”, disse Christophe Cambrelin da empresa de capacitores Johanson Dielectrics.EMI Filter.
Os métodos tradicionais de filtragem de modo comum incluem filtros passa-baixo usando capacitores que passam sinais com frequências abaixo de uma frequência de corte selecionada e atenuam sinais com frequências acima da frequência de corte.
Um ponto de partida comum é aplicar um par de capacitores em uma configuração diferencial, com um capacitor entre cada traço da entrada diferencial e o terra. Os filtros capacitivos em cada perna desviam EMI/RFI para o terra acima da frequência de corte especificada. Como essa configuração envolve enviando sinais de fases opostas pelos dois fios, a relação sinal-ruído é melhorada enquanto o ruído indesejado é enviado para o solo.
“Infelizmente, o valor da capacitância dos MLCCs com dielétricos X7R (normalmente usados ​​para esta função) pode variar significativamente com o tempo, tensão de polarização e temperatura”, disse Cambrelin.
“Portanto, mesmo que dois capacitores estejam próximos em um determinado momento à temperatura ambiente e com baixa tensão, é provável que eles terminem com valores muito diferentes quando o tempo, a tensão ou a temperatura mudam.Essa incompatibilidade entre os dois fios resultará em respostas desiguais perto do corte do filtro.Portanto, ele converte o ruído de modo comum em ruído diferencial.”
Outra solução é conectar um capacitor “X” de grande valor entre os dois capacitores “Y”. e uma alternativa para um filtro passa-baixo é um indutor de modo comum.
Uma bobina de modo comum é um transformador 1:1 com ambos os enrolamentos atuando como primário e secundário. Nesse método, a corrente através de um enrolamento induz uma corrente oposta no outro enrolamento. Infelizmente, bobinas de modo comum também são pesadas, caras e suscetíveis à falha induzida por vibração.
No entanto, uma bobina de modo comum adequada com correspondência e acoplamento perfeitos entre os enrolamentos é transparente aos sinais diferenciais e tem alta impedância ao ruído de modo comum. Uma desvantagem das bobinas de modo comum é a faixa de frequência limitada devido à capacitância parasita. Para um determinado material de núcleo , quanto maior a indutância usada para obter filtragem de baixa frequência, mais voltas são necessárias, resultando em capacitâncias parasitas que não podem passar pela filtragem de alta frequência.
Incompatibilidades entre enrolamentos devido a tolerâncias de fabricação mecânica causam troca de modo, onde uma parte da energia do sinal é convertida em ruído de modo comum e vice-versa. Essa situação pode causar problemas de compatibilidade eletromagnética e imunidade. A incompatibilidade também reduz a indutância efetiva de cada perna.
Em qualquer caso, as bobinas de modo comum oferecem vantagens significativas sobre outras opções quando o sinal diferencial (passagem) opera na mesma faixa de frequência que o ruído de modo comum que deve ser rejeitado. Usando uma bobina de modo comum, a banda passante do sinal pode ser estendida para a banda de rejeição de modo comum.
Filtros EMI monolíticos Embora indutores de modo comum sejam populares, filtros EMI monolíticos também podem ser usados. Quando dispostos corretamente, esses componentes cerâmicos multicamadas fornecem excelente rejeição de ruído de modo comum. .Esses filtros usam dois caminhos elétricos separados em um único dispositivo conectado a quatro conexões externas.
Para evitar confusão, deve-se notar que os filtros EMI monolíticos não são capacitores de passagem tradicionais. Embora pareçam iguais (mesma embalagem e aparência), eles são muito diferentes em design e não estão conectados da mesma maneira. Como outros EMI Os filtros monolíticos EMI atenuam toda a energia acima da frequência de corte especificada e selecionam para passar apenas a energia de sinal desejada, enquanto desviam o ruído indesejado para o “terra”.
No entanto, a chave é indutância muito baixa e impedância correspondente. Para filtros EMI monolíticos, os terminais são conectados internamente a um eletrodo de referência comum (blindagem) dentro do dispositivo e as placas são separadas pelo eletrodo de referência. Eletrostaticamente, os três nós elétricos são formados por duas metades capacitivas que compartilham um eletrodo de referência comum, tudo contido em um único corpo cerâmico.
O equilíbrio entre as duas metades do capacitor também significa que os efeitos piezoelétricos são iguais e opostos, cancelando-se mutuamente. Essa relação também afeta a variação de temperatura e tensão, de modo que os componentes em ambas as linhas envelhecem igualmente. filtros, é que eles não funcionarão se o ruído de modo comum estiver na mesma frequência que o sinal diferencial. "Nesse caso, um indutor de modo comum é uma solução melhor", disse Cambrelin.
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Horário de postagem: 19 de abril de 2022