Parliamo del motivo per cui i filtri falliscono

Questo articolo illustra brevemente le insidie ​​​​di un filtraggio corretto. Esamineremo alcuni dei motivi per cui i filtri che potresti ritenere funzionino spesso non funzionano quando vengono inseriti in circuiti reali. Quindi... parliamo del motivo per cui i filtri falliscono.

Hai mai trascorso innumerevoli ore a cercare e individuare quello che credevi sarebbe stato il miglior filtro possibile con le migliori prestazioni possibili per le tue esigenze specifiche? E poi hai scoperto che una volta installato, sopprime a malapena le emissioni RF? Uno dei motivi di questa mancanza di prestazioni potrebbe essere che il produttore del filtro ha testato le caratteristiche di attenuazione del rumore di modo comune (CM) o di modo differenziale (DM) e non è chiaro dalle specifiche quale sia stato utilizzato. Se i tuoi problemi di emissioni sono principalmente CM, ma l'attenuazione del filtro è specificata per DM, avrai problemi con la corretta implementazione del filtro.

Un altro problema potrebbe essere legato allo standard utilizzato per testare le prestazioni del filtro (solitamente MIL-STD-220). Tipicamente, i filtri sono caratterizzati dalla loro perdita di inserzione (IL), espressa in dB. È una misura della riduzione del carico ad una data frequenza dovuta all'inserimento del filtro. L'IL di un filtro dipende dalla sorgente e dalle impedenze di carico e non deve essere dichiarato indipendentemente dalle impedenze di carico/sorgente del terminale, ma spesso è conforme a MIL-STD-220. Gli strumenti di misura, le impedenze di sorgente e di carico, l'attenuatore di ingresso e altri componenti sono specificati come aventi un'impedenza caratteristica ideale di 50 Ω. È raro avere qualcosa come un circuito di ingresso di alimentazione con la stessa impedenza ideale di 50Ω. L'impedenza di carico realmente vista da un filtro non corrisponderà esattamente a 50Ω. Inoltre, l'attenuatore di ingresso ha un'impedenza in serie che può smorzare eventuali risonanze. Questo è un problema perché l'attenuatore utilizzato nei test non è presente nel prodotto finale.

La corrente applicata durante il test è un altro problema. Il metodo di test non richiede che la corrente circoli nel filtro durante il test, pertanto non corrisponderà al circuito a cui è destinato il filtro, qualunque cosa accada. Il valore dell'induttanza nel filtro può essere diverso se scorre corrente continua. Se utilizzato al di fuori dell'intervallo di corrente specificato, un'induttanza può saturarsi, rendendola incapace di fornire l'impedenza originariamente prevista.

Per questi motivi, una situazione di test del filtro perfetta è quella che non segue necessariamente il metodo standard ma è adattata all'impedenza di alimentazione specifica per il test EMI e utilizza l'alimentatore switching effettivo pianificato per il prodotto e utilizzato con l'assorbimento di corrente previsto . Le caratteristiche di perdita di inserzione o attenuazione di un filtro devono essere stabilite a livelli di corrente senza carico e a pieno carico per fornire i migliori risultati e informazioni ai potenziali utenti.

Anche gli elementi filtranti non schermati possono causare problemi. Quando i componenti del filtro non sono schermati e montati su un PCB contenente sorgenti di rumore come alimentatori a commutazione o circuiti logici digitali a tempo di salita rapido, il rumore spesso si accoppierà sia ai componenti del filtro che alle connessioni di ingresso al filtro. Questa diafonia indesiderata riduce parzialmente o addirittura completamente le capacità di attenuazione del filtro. Una situazione simile può verificarsi quando le linee elettriche di ingresso/uscita al filtro sono troppo vicine tra loro. Questo problema può essere mitigato schermando il filtro della linea di alimentazione e montandolo sulla parete dell'involucro dell'apparecchiatura con il connettore dell'alimentazione in ingresso montato sull'involucro del filtro. Sarà utile anche mantenere le connessioni di input/output separate l'una dall'altra.

Quando si aggiungono filtri passa-basso alle linee di segnale I/O, è possibile notare che il filtro non riduce le emissioni come previsto. Il problema potrebbe essere che il rumore CM è presente su ciascuna linea e sul percorso di terra (di ritorno). Si noti che la corrente di rumore CM scorre equamente su tutte le linee, compreso il percorso di terra. In questo scenario, se si utilizza un condensatore per sopprimere il rumore CM, le cose potrebbero solo peggiorare perché trasporterà il rumore dalla massa digitale sporca alle linee di segnale pulite. Per risultati migliori, prova a rimuovere il condensatore o a collegare la terra digitale rumorosa a una terra pulita (chassis). In questo caso, un'induttanza di modo comune può essere una soluzione migliore rispetto a una soluzione condensatore-terra.