许多因素增加可能损坏或扰乱电子设备功能的“噪声”干扰的量。今天的汽车是一个主要的例子。在单一的车辆中,您可以找到Wi-Fi,蓝牙,卫星广播,GPS系统,即刚刚开始。为了管理这种噪声干扰,该行业通常使用屏蔽以及EMI滤波器来消除不需要的噪声。但现在消除EMI / RFI的一些传统解决方案不再足够了。
此问题是避免使用诸如2电容差分,3电容(一个X-Cap和2 Y-Caps),馈通滤波器,共模扼流圈或这些更合适的解决方案的选项,例如单片EMI过滤器,在较小的包装中具有更好的噪声抑制。
当电子设备接收强电磁波时,可以在电路中引起不需要的电流并导致意外操作 - 或干扰预期的操作。
EMI / RFI可以是导电或辐射发射的形式。当进行EMI时,意味着噪声沿电导体行进。当噪声穿过空气作为磁场或无线电波时,发生辐射的EMI。
即使从外部施加的能量很小,如果它与用于广播和通信的无线电波混合,它也会导致接收的损失,声音的异常噪声或中断的视频。如果能量太强大,则可以损坏电子设备。
来源包括静电放电,照明等源等自然噪声,以及诸如接触噪声的人造噪声,使用高频,不需要的排放等的泄漏装置。通常,EMI / RFI噪声是共模噪声,因此解决方案是用EMI滤波器消除不需要的高频,作为单独的设备或嵌入电路板中。
EMI过滤器
EMI滤波器通常由无源元件组成,例如电容器和电感器,连接以形成电路。
“电感器允许直流或低频电流通过,同时阻止有害的不需要的高频电流。电容器提供低阻抗路径,将高频噪声转移远离过滤器的输入,返回电源或接地连接,“Johanson电介质的Christophe Cambrelin表示,该公司制造多层陶瓷电容器和EMI过滤器。
传统的共模滤波方法包括使用电容器的低通滤波器,该电容器通过频率低于所选截止频率的信号,并衰减具有高于截止频率的频率的信号。
公共起点是在差分配置中施加一对电容器,每个迹线和差分输入的接地之间的一个电容器。每个腿中的电容滤波器将EMI / RFI转移到地面以上指定的截止频率。因为这种配置涉及将相对的信号通过两根电线发送相对,所以发信噪比得到改善,而不需要的噪声被发送到地。
Cambrelin说:“不幸的是,带有X7R介质的MLCC(通常用于此功能)的电容值随时间、偏置电压和温度变化很大。”
因此,即使两个电容器在室温下与低电压紧密匹配,在给定的时间,它们很可能在一旦时间,或电压或温度最终可能最终达到非常不同的值。两条线之间的这种不匹配将导致滤波器截止靠近滤波器的响应不等。因此,它将将共模噪声转换为差分噪声。“
另一种解决方案是在两个'Y'电容上桥接大值的X'电容。然而,“X”电容分流器提供了共模平衡的所需效果,具有差分信号滤波的不期望的副作用。也许是最常见的解决方案和低通滤波器的替代方法是共模扼流圈。
共模扼流圈是1:1变压器,两个绕组都充当初级和次级。在这种方法中,通过一个绕组的电流在另一个绕组中引起相反的电流。不幸的是,共同模式扼流圈也很重,昂贵,并且受振动引起的故障。
仍然,具有完美匹配和绕组耦合的合适的共模扼流圈对差分信号是透明的,并且对共模噪声具有高阻抗。共模扼流圈的一个缺点是由于寄生电容引起的有限频率范围。对于给定的芯材料,用于获得较低频率滤波的电感越高,所需的匝数越大,并且失去高频滤波的随后寄生电容越大。
机械制造公差之间的绕组之间的不匹配会导致模式转换,其中信号能量的百分比转换为共模噪声,反之亦然。这种情况引发了电磁兼容性和免疫问题。不匹配也降低了每条腿中的有效电感。
无论如何,当差分信号(通过)在与必须抑制的共模噪声相同的频率范围内操作时,共模扼流组在其他选项中具有显着的优势。通过共模扼流圈,信号通带可以扩展到共模拒绝频带中。
单片EMI过滤器
尽管普通模式窒息的普及,但替代方案可能是单片EMI过滤器。当正确布置时,这些多层陶瓷部件提供了优异的共模噪声抑制。它们将两个平衡的分流电容器组合在一个包装中,具有相互电感取消和屏蔽效果。这些过滤器在连接到四个外部连接的单个设备内使用两个单独的电气通路。
为了防止混淆,应该注意的是,单片EMI滤波器不是传统的馈电电容器。虽然它们看起来相同(相同的包装和外观),但它们的设计非常不同,并且它们并未以相同的方式连接。与其他EMI滤波器一样,单片EMI滤波器衰减出在特定截止频率上方的所有能量,并且仅选择通过所需的信号能量,同时将不需要的噪声转移到“地面”。
然而,关键是非常低的电感和匹配阻抗。通过单片EMI滤波器,终端内部连接到装置内的公共参考(屏蔽)电极,并且板通过参比电极分离。静电地,三个电节点由两个电容半部形成,其共用包含在单个陶瓷体中的常见参考电极。
电容器半部之间的平衡也意味着压电效应相等且相反,取消。该关系HSIP还会影响温度和电压变化,因此在两条线上平均同样的组件。如果这些单片EMI过滤器有一个缺点,则如果共模噪声与差分信号相同的频率,则不能使用它们。“当这是这种情况时,共同模式扼流圈是一个更好的解决方案,”凯布林林说。