Фильтрация синфазного шума с помощью монолитных фильтров электромагнитных помех

Майк Сантора | 9 августа 2019 г.

Несмотря на популярность синфазных дросселей, альтернативой могут стать монолитные фильтры электромагнитных помех. При правильной компоновке эти многослойные керамические компоненты обеспечивают превосходное подавление синфазных помех.

Многие факторы увеличивают количество «шумовых» помех, которые могут повредить или нарушить функциональность электронных устройств. Сегодняшние автомобили являются ярким примером. В одном автомобиле вы можете найти Wi-Fi, Bluetooth, спутниковое радио, системы GPS, и это только начало. Чтобы справиться с этими шумовыми помехами, в отрасли обычно используется экранирование вместе с фильтрами электромагнитных помех для устранения нежелательного шума. Но теперь некоторых традиционных решений по устранению электромагнитных/радиопомех уже недостаточно.

Эта проблема заставляет многих OEM-производителей избегать таких вариантов, как дифференциальный конденсатор с 2 конденсаторами, 3 конденсатора (один X-образный конденсатор и 2 Y-образных конденсатора), проходные фильтры, синфазные дроссели или их комбинации для более подходящих решений, таких как монолитные фильтры электромагнитных помех, которые обеспечивают лучшее подавление шума в меньшем корпусе.

Когда электронные устройства получают сильные электромагнитные волны, в цепи могут индуцироваться нежелательные электрические токи, вызывающие непреднамеренные операции или мешающие запланированным операциям.

EMI/RFI могут иметь форму кондуктивных или излучаемых излучений. Когда возникают электромагнитные помехи, это означает, что шум распространяется по электрическим проводникам. Излучаемые электромагнитные помехи возникают, когда шум распространяется по воздуху в виде магнитных полей или радиоволн.

Даже если энергия, подаваемая извне, невелика, если она смешивается с радиоволнами, используемыми для радиовещания и связи, это может привести к потере приема, аномальному шуму звука или нарушению видео. Если энергия слишком мощная, электронные устройства могут быть повреждены.

Источники включают в себя естественный шум, такой как электростатический разряд, освещение и другие источники, а также искусственный шум, такой как контактный шум, утечки в устройствах, использующих высокие частоты, нежелательное излучение и другие. Обычно шум EMI/RFI представляет собой синфазный шум, поэтому решение состоит в устранении нежелательных высоких частот с помощью фильтра EMI, либо в виде отдельного устройства, либо встроенного в печатную плату.

Фильтры электромагнитных помех Фильтры электромагнитных помех обычно состоят из пассивных компонентов, таких как конденсаторы и катушки индуктивности, соединенных в цепи.

«Индукторы пропускают постоянный или низкочастотный ток, блокируя при этом вредные нежелательные высокочастотные токи. Конденсаторы обеспечивают путь с низким импедансом для отвода высокочастотного шума от входа фильтра либо обратно в источник питания, либо к заземлению», — говорит Кристоф Камбрелен из Johanson Dielectrics, компании, которая производит многослойные керамические конденсаторы и ЭМИ-фильтры.

Традиционные подходы к синфазной фильтрации включают фильтры нижних частот с использованием конденсаторов, которые пропускают сигналы с частотой ниже выбранной частоты среза и ослабляют сигналы с частотами выше частоты среза.

Обычной отправной точкой является применение пары конденсаторов в дифференциальной конфигурации, по одному конденсатору между каждой дорожкой и землей дифференциального входа. Емкостный фильтр в каждой ветви отводит электромагнитные и радиочастотные помехи на землю выше заданной частоты среза. Поскольку эта конфигурация предполагает отправку противоположного по фазе сигнала по двум проводам, соотношение сигнал/шум улучшается, а нежелательный шум направляется на землю.

«К сожалению, значение емкости MLCC с диэлектриком X7R (обычно используемого для этой функции) значительно меняется в зависимости от времени, напряжения смещения и температуры», — говорит Камбрелин.

«Таким образом, даже если два конденсатора точно согласованы при комнатной температуре, с низким напряжением в определенный момент времени, весьма вероятно, что они получат совершенно разные значения, как только время, напряжение или температура изменятся. Это несоответствие между двумя линиями приведет к тому, что отклик вблизи среза фильтра будет неодинаковым. Следовательно, он преобразует синфазный шум в дифференциальный шум».