Filtrage du bruit de mode commun avec des filtres EMI monolithiques

Par Mike Santora | 9 août 2019

Malgré la popularité des selfs de mode commun, les filtres EMI monolithiques peuvent constituer une alternative. Lorsqu'ils sont correctement disposés, ces composants céramiques multicouches offrent un excellent rejet du bruit de mode commun.

De nombreux facteurs augmentent la quantité d’interférences « sonores » qui peuvent endommager ou perturber le fonctionnement des appareils électroniques. Les automobiles d’aujourd’hui en sont un parfait exemple. Dans un seul véhicule, vous pouvez trouver le Wi-Fi, le Bluetooth, la radio satellite, les systèmes GPS, et ce n'est que le début. Pour gérer ces interférences sonores, l'industrie utilise généralement un blindage ainsi que des filtres EMI pour éliminer les bruits indésirables. Mais désormais, certaines des solutions traditionnelles pour éliminer les EMI/RFI ne suffisent plus.

Ce problème conduit de nombreux OEM à éviter les options telles que le différentiel à 2 condensateurs, le condensateur à 3 condensateurs (un X-cap et 2 Y-caps), les filtres de traversée, les selfs de mode commun ou des combinaisons de ceux-ci pour des solutions plus adaptées telles que filtres EMI monolithiques offrant une meilleure suppression du bruit dans un boîtier plus petit.

Lorsque les appareils électroniques reçoivent de fortes ondes électromagnétiques, des courants électriques indésirables peuvent être induits dans le circuit et provoquer des opérations involontaires ou interférer avec les opérations prévues.

Les EMI/RFI peuvent prendre la forme d’émissions conduites ou rayonnées. Lorsque les EMI sont conduites, cela signifie que le bruit se propage le long des conducteurs électriques. Les EMI rayonnés se produisent lorsque le bruit se propage dans l’air sous forme de champs magnétiques ou d’ondes radio.

Même si l'énergie appliquée de l'extérieur est faible, si elle est mélangée aux ondes radio utilisées pour la diffusion et la communication, elle peut provoquer une perte de réception, un bruit sonore anormal ou une vidéo perturbée. Si l’énergie est trop puissante, les appareils électroniques peuvent être endommagés.

Les sources comprennent le bruit naturel tel que les décharges électrostatiques, l'éclairage et d'autres sources, ainsi que le bruit artificiel tel que le bruit de contact, les fuites d'appareils utilisant des hautes fréquences, les émissions indésirables, etc. Habituellement, le bruit EMI/RFI est un bruit de mode commun, la solution consiste donc à éliminer les hautes fréquences indésirables avec un filtre EMI, soit en tant que dispositif séparé, soit intégré dans des circuits imprimés.

Filtres EMILes filtres EMI sont généralement constitués de composants passifs, tels que des condensateurs et des inductances, connectés pour former des circuits.

« Les inducteurs laissent passer les courants continus ou basse fréquence tout en bloquant les courants haute fréquence indésirables et nocifs. Les condensateurs fournissent un chemin à faible impédance pour détourner le bruit haute fréquence de l'entrée du filtre, soit vers l'alimentation électrique, soit vers la connexion à la terre », explique Christophe Cambrelin de Johanson Dielectrics, une entreprise qui fabrique des condensateurs céramiques multicouches et Filtres EMI.

Les approches traditionnelles de filtrage en mode commun incluent des filtres passe-bas utilisant des condensateurs qui transmettent les signaux avec une fréquence inférieure à une fréquence de coupure sélectionnée et atténuent les signaux avec des fréquences supérieures à la fréquence de coupure.

Un point de départ courant consiste à appliquer une paire de condensateurs dans une configuration différentielle, avec un condensateur entre chaque trace et la masse de l'entrée différentielle. Le filtre capacitif de chaque jambe détourne les EMI/RFI vers la terre au-dessus d'une fréquence de coupure spécifiée. Étant donné que cette configuration implique l'envoi d'un signal de phase opposée à travers deux fils, le rapport signal/bruit est amélioré tandis que le bruit indésirable est envoyé à la terre.

"Malheureusement, la valeur de capacité d'un MLCC avec diélectrique X7R (généralement utilisé pour cette fonction) varie considérablement en fonction du temps, de la tension de polarisation et de la température", explique Cambrelin.

« Ainsi, même si les deux condensateurs sont étroitement adaptés à température ambiante, avec une basse tension, à un moment donné, il est très probable qu'ils se retrouvent avec une valeur très différente une fois que le temps, la tension ou la température ont changé. Cette inadéquation entre les deux lignes entraînera une réponse inégale à proximité de la coupure du filtre. Par conséquent, il convertira le bruit de mode commun en bruit différentiel.