• sns01
  • sns02
  • sns03
  • instagram (1)

Filtrowanie szumów w trybie wspólnym za pomocą monolitycznych filtrów EMI

Chociaż popularne są dławiki trybu wspólnego, alternatywą może być monolityczny filtr EMI. Odpowiednio ułożone te wielowarstwowe komponenty ceramiczne zapewniają doskonałe tłumienie szumów w trybie wspólnym.
Wiele czynników zwiększa ilość zakłóceń „hałasu”, które mogą uszkodzić lub zakłócić działanie sprzętu elektronicznego. Dzisiejsze samochody są najlepszym przykładem. W samochodzie znajdziesz Wi-Fi, Bluetooth, radio satelitarne, systemy GPS i to dopiero początek. Aby poradzić sobie z tymi zakłóceniami, przemysł zazwyczaj używa ekranowania i filtrów EMI w celu wyeliminowania niechcianych szumów. Ale niektóre tradycyjne rozwiązania eliminujące zakłócenia EMI/RFI już nie wystarczają.
Ten problem prowadzi wielu producentów OEM do unikania stosowania 2-kondensatorowego różnicowego, 3-kondensatorowego (jeden kondensator X i 2 kondensatory Y), filtrów przepustowych, dławików trybu wspólnego lub ich kombinacji w celu uzyskania bardziej odpowiedniego rozwiązania, takiego jak monolityczny filtr EMI z lepsze tłumienie hałasu w mniejszym opakowaniu.
Gdy sprzęt elektroniczny otrzymuje silne fale elektromagnetyczne, w obwodzie mogą indukować się niepożądane prądy i powodować niezamierzone działanie lub zakłócać zamierzone działanie.
EMI/RFI mogą mieć postać emisji przewodzonych lub promieniowanych. Gdy EMI jest przewodzone, oznacza to, że szum przemieszcza się wzdłuż przewodników elektrycznych. Promieniowane EMI występuje, gdy szum przemieszcza się w powietrzu w postaci pól magnetycznych lub fal radiowych.
Nawet jeśli energia dostarczana z zewnątrz jest niewielka, jeśli zmiesza się z falami radiowymi używanymi do nadawania i komunikacji, może to spowodować utratę odbioru, nienormalny szum w dźwięku lub przerwanie obrazu. Jeśli energia jest zbyt silna, może uszkodzenie sprzętu elektronicznego.
Źródła obejmują szum naturalny (np. wyładowania elektrostatyczne, oświetlenie i inne źródła) oraz szum spowodowany przez człowieka (np. szum kontaktowy, przeciekający sprzęt wykorzystujący wysokie częstotliwości, niepożądane emisje itp.). Zazwyczaj szum EMI/RFI jest szumem wspólnym , więc rozwiązaniem jest użycie filtra EMI w celu usunięcia niepożądanych wysokich częstotliwości, jako oddzielnego urządzenia lub wbudowanego w płytkę drukowaną.
Filtry EMI Filtry EMI zazwyczaj składają się z elementów pasywnych, takich jak kondensatory i cewki indukcyjne, które są połączone w obwód.
„Cewki indukcyjne umożliwiają przepływ prądu stałego lub prądu o niskiej częstotliwości, blokując niepożądane, niepożądane prądy o wysokiej częstotliwości.Kondensatory zapewniają ścieżkę o niskiej impedancji, aby skierować szumy o wysokiej częstotliwości z wejścia filtra do połączenia zasilania lub uziemienia” – powiedział Christophe Cambrelin z firmy produkującej kondensatory, filtr Johanson Dielectrics.EMI, producent wielowarstwowej ceramiki.
Tradycyjne metody filtrowania w trybie wspólnym obejmują filtry dolnoprzepustowe wykorzystujące kondensatory, które przepuszczają sygnały o częstotliwościach poniżej wybranej częstotliwości odcięcia i tłumią sygnały o częstotliwościach powyżej częstotliwości odcięcia.
Typowym punktem wyjścia jest zastosowanie pary kondensatorów w konfiguracji różnicowej, z jednym kondensatorem między każdym śladem wejścia różnicowego a masą. Filtry pojemnościowe w każdej odnodze kierują zakłócenia EMI/RFI do masy powyżej określonej częstotliwości odcięcia. wysyłając sygnały o przeciwnych fazach przez dwa przewody, poprawia się stosunek sygnału do szumu, podczas gdy niepożądane szumy są przesyłane do ziemi.
„Niestety, wartość pojemności MLCC z dielektrykami X7R (zwykle używanymi w tej funkcji) może się znacznie różnić w czasie, napięciu polaryzacji i temperaturze” – powiedział Cambrelin.
„Tak więc, mimo że dwa kondensatory są ściśle dopasowane w danym momencie w temperaturze pokojowej przy niskim napięciu, prawdopodobnie uzyskają bardzo różne wartości po zmianie czasu, napięcia lub temperatury.Ta niezgodność między dwoma przewodami spowoduje nierówne reakcje w pobliżu odcięcia filtra.Dlatego konwertuje szum w trybie wspólnym na szum różnicowy”.
Innym rozwiązaniem jest zmostkowanie kondensatora o dużej wartości „X” między dwoma kondensatorami „Y”. Bocznik pojemnościowy „X” zapewnia idealną równowagę w trybie wspólnym, ale ma również niepożądany efekt uboczny w postaci różnicowego filtrowania sygnału. a alternatywą dla filtra dolnoprzepustowego jest wspólny dławik trybu.
Dławik trybu wspólnego to transformator 1:1 z obydwoma uzwojeniami działającymi jako pierwotne i wtórne. W tej metodzie prąd płynący przez jedno uzwojenie indukuje prąd przeciwny w drugim uzwojeniu. Niestety dławiki trybu wspólnego są również ciężkie, drogie i podatne na awarię wywołaną drganiami.
Niemniej jednak odpowiedni dławik trybu wspólnego z doskonałym dopasowaniem i sprzężeniem między uzwojeniami jest przezroczysty dla sygnałów różnicowych i ma wysoką impedancję dla szumu trybu wspólnego. Wadą dławików trybu wspólnego jest ograniczony zakres częstotliwości ze względu na pojemność pasożytniczą. Dla danego materiału rdzenia , im wyższa indukcyjność użyta do uzyskania filtrowania niskich częstotliwości, tym więcej zwojów jest wymaganych, co skutkuje pasożytniczymi pojemnościami, które nie mogą przejść przez filtrowanie wysokich częstotliwości.
Niedopasowania między uzwojeniami ze względu na mechaniczne tolerancje produkcyjne powodują przełączanie trybów, w którym część energii sygnału jest przekształcana w szum wspólny i odwrotnie. Ta sytuacja może powodować problemy z kompatybilnością elektromagnetyczną i odpornością. Niedopasowanie zmniejsza również efektywną indukcyjność każdej nogi.
W każdym razie dławiki trybu wspólnego oferują znaczną przewagę nad innymi opcjami, gdy sygnał różnicowy (przepustowy) działa w tym samym zakresie częstotliwości, co szum trybu wspólnego, który należy odrzucić. Używając dławika trybu wspólnego, można rozszerzyć pasmo przepuszczania sygnału do wspólnego pasma odrzucania trybu.
Monolityczne filtry EMI Chociaż popularne są dławiki trybu wspólnego, można również zastosować monolityczne filtry EMI. Te wielowarstwowe komponenty ceramiczne, jeśli są odpowiednio ułożone, zapewniają doskonałe tłumienie szumów w trybie wspólnym. Filtry te wykorzystują dwie oddzielne ścieżki elektryczne w jednym urządzeniu podłączonym do czterech zewnętrznych połączeń.
Aby uniknąć nieporozumień, należy zauważyć, że monolityczne filtry EMI nie są tradycyjnymi kondensatorami przepustowymi. Chociaż wyglądają tak samo (takie samo opakowanie i wygląd), mają bardzo różną konstrukcję i nie są połączone w ten sam sposób. Podobnie jak inne EMI filtry, monolityczne filtry EMI tłumią całą energię powyżej określonej częstotliwości odcięcia i wybierają przepuszczanie tylko pożądanej energii sygnału, jednocześnie kierując niepożądany szum do „ziemi”.
Kluczem jest jednak bardzo niska indukcyjność i dopasowana impedancja. W przypadku monolitycznych filtrów EMI zaciski są wewnętrznie połączone ze wspólną elektrodą odniesienia (ekranową) w urządzeniu, a płytki są oddzielone elektrodą odniesienia. Elektrostatycznie trzy węzły elektryczne są utworzone przez dwie pojemnościowe połówki, które mają wspólną elektrodę odniesienia, wszystkie zawarte w jednym korpusie ceramicznym.
Równowaga między dwiema połówkami kondensatora oznacza również, że efekty piezoelektryczne są równe i przeciwne, znosząc się nawzajem. Ta zależność wpływa również na zmiany temperatury i napięcia, więc komponenty na obu liniach starzeją się równo. filtry, chodzi o to, że nie będą działać, jeśli szum w trybie wspólnym ma tę samą częstotliwość, co sygnał różnicowy. W tym przypadku dławik w trybie wspólnym jest lepszym rozwiązaniem – powiedział Cambrelin.
Przeglądaj najnowsze wydania Design World i poprzednie wydania w łatwym w użyciu formacie wysokiej jakości. Edytuj, udostępnij i pobierz już dziś dzięki wiodącemu magazynowi poświęconemu projektowaniu.
Najlepsze na świecie forum rozwiązywania problemów EE, obejmujące mikrokontrolery, procesory DSP, sieci, projektowanie analogowe i cyfrowe, RF, energoelektronikę, routing PCB i wiele innych
Copyright © 2022 WTWH Media LLC.wszystkie prawa zastrzeżone.Materiały na tej stronie nie mogą być powielane, rozpowszechniane, przesyłane, buforowane ani wykorzystywane w inny sposób bez uprzedniej pisemnej zgody WTWH MediaPolityka prywatności |Reklama |O nas


Czas publikacji: 19 kwietnia-2022