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Embora as bobinas de modo comum sejam populares, outra possibilidade é um filtro EMI monolítico. Se o layout for razoável, esses componentes cerâmicos multicamadas podem fornecer excelente supressão de ruído em modo comum.
Muitos fatores aumentam a quantidade de interferência de “ruído” que pode danificar ou interferir na funcionalidade de dispositivos eletrônicos. O carro de hoje é um exemplo típico. Em um carro você pode encontrar sistemas Wi-Fi, Bluetooth, rádio via satélite, GPS, e isso é apenas o começo. Para gerenciar esse tipo de interferência de ruído, a indústria geralmente utiliza blindagem e filtros EMI para eliminar ruídos indesejados. Mas agora algumas soluções tradicionais para eliminar EMI/RFI não são mais aplicáveis.
Esse problema fez com que muitos OEMs evitassem escolhas como diferencial de 2 capacitores, 3 capacitores (um capacitor X e dois capacitores Y), filtros de passagem, bobinas de modo comum ou combinações destes para obter soluções mais adequadas. Por exemplo, no filtro EMI monolítico com melhor supressão de ruído em um pacote menor.
Quando equipamentos eletrônicos recebem fortes ondas eletromagnéticas, correntes indesejadas podem ser induzidas no circuito e causar operação inesperada ou interferir na operação pretendida.
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. Quando o ruído é propagado no ar na forma de um campo magnético ou ondas de rádio, ocorre EMI irradiado.
Mesmo que a energia aplicada externamente seja pequena, se for misturada com ondas de rádio utilizadas para transmissão e comunicação, causará falha de recepção, ruído sonoro anormal ou interrupção de vídeo. Se a energia for muito forte, o equipamento eletrônico poderá ser danificado.
As fontes incluem ruído natural (como descarga eletrostática, iluminação e outras fontes) e ruído artificial (como ruído de contato, uso de equipamento de vazamento de alta frequência, radiação prejudicial, etc.). Geralmente, o ruído EMI/RFI é um ruído de modo comum, portanto a solução é usar filtros EMI para eliminar altas frequências indesejadas como um dispositivo separado ou incorporado em uma placa de circuito.
Filtro EMI O filtro EMI geralmente é composto de componentes passivos, como capacitores e indutores, que são conectados para formar um circuito.
“Os indutores permitem a passagem de corrente CC ou de baixa frequência, ao mesmo tempo que bloqueiam correntes prejudiciais indesejadas de alta frequência. Os capacitores fornecem um caminho de baixa impedância para transferir ruído de alta frequência da entrada do filtro de volta para a alimentação ou conexão de aterramento”, disse Johanson Dielectrics Christophe Cambrelin disse que a empresa fabrica capacitores cerâmicos multicamadas e filtros EMI.
Os métodos tradicionais de filtragem de modo comum incluem filtros passa-baixa usando capacitores que passam sinais com frequências inferiores a uma frequência de corte selecionada e atenuam sinais com frequências superiores à frequência de corte.
Um ponto de partida comum é aplicar um par de capacitores em configuração diferencial, utilizando um capacitor entre cada traço e o terra da entrada diferencial. O filtro capacitor em cada ramificação transfere EMI/RFI para o solo acima da frequência de corte especificada. Como esta configuração envolve o envio de sinais de fase oposta através de dois fios, ela melhora a relação sinal-ruído enquanto envia ruídos indesejados ao solo.
“Infelizmente, o valor de capacitância dos MLCCs com dielétricos X7R (geralmente usados ​​para esta função) varia significativamente com o tempo, tensão de polarização e temperatura”, disse Cambrelin.
“Portanto, mesmo que esses dois capacitores sejam estreitamente combinados à temperatura ambiente e à baixa tensão, em um determinado momento, uma vez que o tempo, a tensão ou a temperatura mudem, é provável que acabem com valores muito diferentes. Este tipo de incompatibilidade entre duas linhas causará 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”. A derivação do capacitor “X” pode fornecer o efeito de balanceamento de modo comum necessário, mas produzirá efeitos colaterais indesejáveis ​​de filtragem de sinal diferencial. Talvez a solução e alternativa mais comum aos filtros passa-baixa sejam as bobinas de modo comum.
O indutor de modo comum é um transformador 1:1 no qual ambos os enrolamentos atuam como primário e secundário. Neste método, a corrente que passa por um enrolamento induz a corrente oposta no outro enrolamento. Infelizmente, as bobinas de modo comum também são pesadas, caras e sujeitas a falhas causadas por vibração.
No entanto, um indutor de modo comum adequado com casamento e acoplamento perfeitos entre os enrolamentos é transparente aos sinais diferenciais e possui alta impedância ao ruído de modo comum. Uma desvantagem das bobinas de modo comum é a faixa de frequência limitada causada pela capacitância parasita. Para um determinado material do núcleo, quanto maior a indutância usada para obter a filtragem de frequência mais baixa, maior será o número de voltas necessárias e a capacitância parasita que a acompanha, tornando a filtragem de alta frequência ineficaz.
Incompatibilidades nas tolerâncias de fabricação mecânica entre os enrolamentos podem causar conversão de modo, na qual parte da energia do sinal é convertida em ruído de modo comum e vice-versa. Esta situação causará problemas de compatibilidade eletromagnética e imunidade. A incompatibilidade também reduz a indutância efetiva de cada perna.
Em qualquer caso, quando o sinal diferencial (passagem) funciona na mesma faixa de frequência que o ruído de modo comum que deve ser suprimido, o indutor de modo comum tem uma vantagem significativa sobre outras opções. Usando bobinas de modo comum, a banda passante do sinal pode ser estendida para a banda de parada de modo comum.
Filtros EMI monolíticos Embora as bobinas de modo comum sejam populares, outra possibilidade são os filtros EMI monolíticos. Se o layout for razoável, esses componentes cerâmicos multicamadas podem fornecer excelente supressão de ruído em modo comum. Eles combinam dois capacitores paralelos balanceados em um pacote, que possui cancelamento de indutância mútua e efeitos de blindagem. Esses filtros utilizam dois caminhos elétricos independentes em um único dispositivo conectado a quatro conexões externas.
Para evitar confusão, deve-se notar que o filtro EMI monolítico não é um capacitor de passagem tradicional. Embora tenham a mesma aparência (mesma embalagem e aparência), seus designs são bastante diferentes e seus métodos de conexão também são diferentes. Como outros filtros EMI, um filtro EMI monolítico atenua toda a energia acima da frequência de corte especificada e seleciona apenas a energia do sinal necessária para passar, enquanto transfere ruído indesejado para o “solo”.
No entanto, a chave é uma indutância muito baixa e uma impedância correspondente. Para um filtro EMI monolítico, o terminal é conectado internamente ao eletrodo de referência comum (blindagem) no dispositivo e a placa é separada pelo eletrodo de referência. Em termos de eletricidade estática, os três nós elétricos são formados por duas metades capacitivas, que compartilham um eletrodo de referência comum, todos os eletrodos de referência estão contidos em um único corpo cerâmico.
O equilíbrio entre as duas metades do capacitor também significa que os efeitos piezoelétricos são iguais e opostos, anulando-se mutuamente. Essa relação também afeta as mudanças de temperatura e tensão, de modo que os componentes das duas linhas apresentam o mesmo grau de envelhecimento. Se esses filtros EMI monolíticos tiverem uma desvantagem, eles não poderão ser usados ​​se o ruído de modo comum tiver a mesma frequência do sinal diferencial. “Neste caso, um indutor de modo comum é a melhor solução”, disse Cambrelin.
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