Vamos falar sobre por que os filtros falham

Este artigo aborda brevemente as armadilhas da filtragem adequada. Veremos algumas das razões pelas quais os filtros que você acha que funcionarão muitas vezes não funcionam quando são colocados em circuitos reais. Então… vamos falar sobre por que os filtros falham.

Você já passou inúmeras horas pesquisando e localizando o que acreditava ser o melhor filtro possível com o melhor desempenho possível para suas necessidades específicas? E então descobriu que, uma vez instalado, quase não suprime nenhuma emissão de RF? Uma razão para essa falta de desempenho pode ser que o fabricante do filtro testou as características de atenuação para ruído de modo comum (CM) ou modo diferencial (DM) e não está claro em suas especificações qual deles eles usaram. Se seus problemas de emissões forem principalmente CM, mas a atenuação do filtro for especificada para DM, você terá problemas com a implementação bem-sucedida do filtro.

Outro problema pode estar relacionado ao padrão usado para testar o desempenho do filtro (geralmente MIL-STD-220). Normalmente, os filtros são caracterizados por sua perda de inserção (IL), expressa em dBs. É uma medida da redução de carga na frequência dada devido à inserção do filtro. O IL de um filtro depende das impedâncias de fonte e carga e não deve ser declarado independentemente das impedâncias de carga/fonte do terminal, mas geralmente está de acordo com MIL-STD-220. Os instrumentos de medição, impedâncias de fonte e carga, atenuador de entrada e outros componentes são especificados como tendo uma impedância característica ideal de 50Ω. É raro ter algo como um circuito de entrada de fonte de alimentação com essa mesma impedância ideal de 50Ω. A impedância de carga que um filtro realmente vê não vai corresponder precisamente a 50Ω. Além disso, o atenuador de entrada possui uma impedância em série que pode amortecer quaisquer ressonâncias. Isso é um problema porque o atenuador usado no teste não está presente no produto final.

A corrente aplicada durante o teste é outro problema. O método de teste não requer que a corrente flua no filtro durante o teste, portanto, não corresponderá ao circuito ao qual o filtro se destina, não importa o quê. O valor da indutância no filtro pode ser diferente se a corrente CC estiver fluindo. Quando usado fora de sua faixa de corrente especificada, um indutor pode saturar, deixando-o incapaz de fornecer sua impedância pretendida original.

Por esses motivos, uma situação de teste de filtro perfeita é aquela que não segue necessariamente o método padrão, mas é adaptada para a impedância de alimentação de teste EMI específica e utiliza a fonte de alimentação de comutação real planejada para o produto e operada no consumo de corrente esperado . As características de perda ou atenuação por inserção de um filtro devem ser estabelecidas em níveis de corrente sem carga e carga total para fornecer os melhores resultados e informações aos usuários em potencial.

Elementos de filtro não blindados também podem causar problemas. Quando os componentes do filtro são desprotegidos e montados em um PCB contendo fontes de ruído, como fontes de alimentação ou circuitos lógicos digitais de tempo de subida rápido, o ruído geralmente se acopla aos componentes do filtro e às conexões de entrada do filtro. Essa diafonia indesejada reduz as capacidades de atenuação do filtro parcialmente ou até completamente. Uma situação semelhante pode ocorrer quando as linhas de alimentação de entrada/saída para o filtro estiverem muito próximas umas das outras. Esse problema pode ser atenuado blindando o filtro da linha de alimentação e montando-o na parede do gabinete do equipamento com o conector de alimentação de entrada montado no gabinete do filtro. Manter as conexões de entrada/saída separadas umas das outras também ajudará.

Ao adicionar filtros passa-baixo às linhas de sinal de E/S, você pode perceber que o filtro não reduz as emissões como você esperava. O problema pode ser que o ruído CM esteja presente em cada linha e no caminho de terra (retorno). Observe que a corrente de ruído CM flui igualmente em todas as linhas, incluindo o caminho de terra. Nesse cenário, se um capacitor for usado para suprimir o ruído do CM, isso só pode piorar as coisas, pois transportará o ruído do terra digital sujo para as linhas de sinal limpas. Para obter melhores resultados, tente remover o capacitor ou conectar o aterramento digital ruidoso a um aterramento limpo (chassi). Nesse caso, uma bobina de modo comum pode ser uma solução melhor do que uma solução de capacitor para terra.