Filtrando o ruído de modo comum com filtros EMI monolíticos

Por Mike Santora | 9 de agosto de 2019

Apesar da popularidade dos indutores de modo comum, uma alternativa pode ser os filtros EMI monolíticos. 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 atrapalhar a funcionalidade de dispositivos eletrônicos. Os automóveis de hoje são um excelente exemplo. Em um único veículo, você pode encontrar 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 junto com filtros EMI para eliminar ruídos indesejados. Mas agora algumas das soluções tradicionais para eliminar EMI/RFI não são mais suficientes.

Este problema está levando muitos OEMs a evitar opções como diferencial de 2 capacitores, 3 capacitores (um X-cap e 2 Y-caps), filtros de passagem, bobinas de modo comum ou combinações destes para soluções mais adequadas, como filtros EMI monolíticos que têm melhor supressão de ruído em um pacote menor.

Quando dispositivos eletrônicos recebem fortes ondas eletromagnéticas, correntes elétricas indesejadas podem ser induzidas no circuito e causar operações indesejadas — ou interferir nas operações pretendidas.

EMI/RFI pode estar na forma de emissões conduzidas ou irradiadas. Quando a EMI é conduzida, significa que o ruído viaja pelos condutores elétricos. A EMI irradiada ocorre quando o ruído viaja pelo ar como campos magnéticos ou ondas de rádio.

Mesmo que a energia aplicada de fora seja pequena, se for misturada com as ondas de rádio usadas para transmissão e comunicação, pode causar perda de recepção, ruído anormal no som ou vídeo interrompido. Se a energia for muito forte, os aparelhos eletrônicos podem ser danificados.

As fontes incluem ruído natural, como descarga eletrostática, iluminação e outras fontes, e ruído artificial, como ruído de contato, vazamento de dispositivos que usam altas frequências, emissão indesejada e outros. Normalmente, o ruído EMI/RFI é um ruído de modo comum, então a solução é eliminar altas frequências indesejadas com um filtro EMI, seja como um dispositivo separado ou embutido em placas de circuito.

Filtros EMI Os filtros EMI geralmente consistem em componentes passivos, como capacitores e indutores, conectados para formar circuitos.

"Os indutores permitem a passagem de correntes contínuas ou de baixa frequência enquanto bloqueiam as correntes de alta frequência indesejadas e nocivas. Os capacitores fornecem um caminho de baixa impedância para desviar o ruído de alta frequência da entrada do filtro, seja de volta à fonte fonte de alimentação ou à conexão de aterramento", diz Christophe Cambrelin da Johanson Dielectrics, uma empresa que fabrica capacitores cerâmicos multicamadas e filtros EMI.

Abordagens tradicionais de filtragem de modo comum incluem filtros passa-baixo usando capacitores que passam sinais com uma frequência menor que uma frequência de corte selecionada e atenua sinais com frequências mais altas que a frequência de corte.

Um ponto de partida comum é aplicar um par de capacitores em configuração diferencial, com um capacitor entre cada traço e terra da entrada diferencial. O filtro capacitivo em cada perna desvia EMI/RFI para o solo acima de uma frequência de corte especificada. Como essa configuração envolve o envio de um sinal de fase oposta por meio de dois fios, a relação sinal/ruído é aprimorada enquanto o ruído indesejado é enviado para o solo.

"Infelizmente, o valor de capacitância de um MLCC com dielétrico X7R (normalmente usado para esta função) varia significativamente com o tempo, tensão de polarização e temperatura", diz Cambrelin.

"Portanto, mesmo que os dois capacitores estejam perfeitamente combinados à temperatura ambiente, com uma tensão baixa, em um determinado momento, é muito provável que eles terminem com um valor muito diferente uma vez que o tempo, a tensão ou a temperatura mudem. Essa incompatibilidade entre as duas linhas farão com que a resposta perto do corte do filtro seja desigual. Portanto, converterá ruído de modo comum em ruído diferencial."