Filtrando ruído de modo comum com filtros EMI monolíticos

Por Mike Santora | 9 de agosto de 2019

Apesar da popularidade das bobinas de modo comum, uma alternativa pode ser os filtros EMI monolíticos. Quando dispostos corretamente, esses componentes cerâmicos multicamadas proporcionam excelente rejeição de ruído de modo comum.

Muitos fatores aumentam a quantidade de interferência de “ruído” que pode danificar ou perturbar a funcionalidade dos dispositivos eletrônicos. Os automóveis de hoje são um excelente exemplo. Em um único veículo você encontra Wi-Fi, Bluetooth, rádio via satélite, sistemas 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 já não são suficientes.

Esse 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 possuem 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 não intencionais — 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 ao longo dos 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 utilizadas para transmissão e comunicação, pode causar perda de recepção, ruído anormal no som ou interrupção do vídeo. Se a energia for muito potente, os dispositivos 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, portanto a solução é eliminar altas frequências indesejadas com um filtro EMI, seja como um dispositivo separado ou incorporado em placas de circuito.

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

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

As abordagens tradicionais de filtragem de modo comum incluem filtros passa-baixo usando capacitores que passam sinais com uma frequência inferior 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, com um capacitor entre cada traço e o terra da entrada diferencial. O filtro capacitivo em cada perna desvia EMI/RFI para o terra acima de uma frequência de corte especificada. Como essa configuração envolve o envio de um sinal de fase oposta através de dois fios, a relação sinal-ruído é melhorada enquanto ruído indesejado é enviado ao terra.

“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 acabem com um valor muito diferente quando o tempo, a tensão ou a temperatura mudarem. Essa incompatibilidade entre as duas linhas fará com que a resposta próxima ao corte do filtro seja desigual. Portanto, ele converterá o ruído de modo comum em ruído diferencial.”