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Bien que les selfs de mode commun soient populaires, une autre possibilité est un filtre EMI monolithique. Si la disposition est raisonnable, ces composants céramiques multicouches peuvent fournir une excellente suppression du bruit en mode commun.
De nombreux facteurs augmentent la quantité d’interférences « sonores » qui peuvent endommager ou interférer avec le fonctionnement des appareils électroniques. La voiture d'aujourd'hui en est un exemple typique. Dans une voiture, vous pouvez trouver le Wi-Fi, le Bluetooth, la radio satellite, les systèmes GPS, et ce n'est que le début. Afin de gérer ce type d'interférence sonore, l'industrie utilise généralement un blindage et des filtres EMI pour éliminer les bruits indésirables. Mais désormais, certaines solutions traditionnelles pour éliminer les EMI/RFI ne sont plus applicables.
Ce problème a amené de nombreux OEM à éviter des choix tels que le différentiel à 2 condensateurs, le condensateur à 3 condensateurs (un condensateur X et deux condensateurs Y), les filtres de traversée, les selfs de mode commun ou des combinaisons de ceux-ci pour obtenir des solutions plus adaptées. Par exemple, dans un filtre EMI monolithique avec une meilleure suppression du bruit dans un boîtier plus petit.
Lorsque l'équipement électronique reçoit de fortes ondes électromagnétiques, des courants indésirables peuvent être induits dans le circuit et provoquer un fonctionnement inattendu ou interférer avec le fonctionnement prévu.
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. Lorsque le bruit se propage dans l’air sous la forme d’un champ magnétique ou d’ondes radio, des interférences électromagnétiques rayonnées se produisent.
Même si l'énergie appliquée de l'extérieur est faible, si elle est mélangée aux ondes radio utilisées pour la diffusion et la communication, cela entraînera un échec de réception, un bruit sonore anormal ou une interruption vidéo. Si l'énergie est trop forte, l'équipement électronique peut être endommagé.
Les sources comprennent le bruit naturel (tel que les décharges électrostatiques, l'éclairage et d'autres sources) et le bruit artificiel (tel que le bruit de contact, l'utilisation d'équipements de fuite à haute fréquence, les rayonnements nocifs, etc.). Généralement, le bruit EMI/RFI est un bruit de mode commun, la solution consiste donc à utiliser des filtres EMI pour éliminer les hautes fréquences indésirables en tant que dispositif séparé ou intégré dans un circuit imprimé.
Filtre EMI Le filtre EMI est généralement composé de composants passifs, tels que des condensateurs et des inductances, qui sont connectés pour former un circuit.
« Les inducteurs laissent passer le courant continu ou basse fréquence, tout en bloquant les courants haute fréquence indésirables et nocifs. Les condensateurs fournissent un chemin à faible impédance pour transférer le bruit haute fréquence de l'entrée du filtre vers la connexion d'alimentation ou de terre », a déclaré Christophe Cambrelin de Johanson Dielectrics, qui fabrique des condensateurs céramiques multicouches et des filtres EMI.
Les méthodes traditionnelles de filtrage en mode commun incluent des filtres passe-bas utilisant des condensateurs qui transmettent les signaux dont les fréquences sont inférieures à une fréquence de coupure sélectionnée et atténuent les signaux dont les fréquences sont supérieures à la fréquence de coupure.
Un point de départ courant consiste à appliquer une paire de condensateurs dans une configuration différentielle, en utilisant un condensateur entre chaque trace et la masse de l'entrée différentielle. Le filtre à condensateur dans chaque branche transfère les EMI/RFI à la terre au-dessus de la fréquence de coupure spécifiée. Puisque cette configuration implique l’envoi de signaux de phase opposée à travers deux fils, elle améliore le rapport signal/bruit tout en envoyant des bruits indésirables au sol.
"Malheureusement, la valeur de capacité des MLCC dotés de diélectriques X7R (généralement utilisés pour cette fonction) varie considérablement en fonction du temps, de la tension de polarisation et de la température", a déclaré Cambrelin.
« Ainsi, même si ces deux condensateurs sont étroitement adaptés à température ambiante et basse tension, à un moment donné, une fois que le temps, la tension ou la température changent, ils risquent de se retrouver avec des valeurs très différentes. Ce type de non-concordance entre deux lignes provoquera des réponses inégales proches de la coupure du filtre. Par conséquent, il convertit le bruit de mode commun en bruit différentiel.
Une autre solution consiste à ponter un condensateur « X » de grande valeur entre les deux condensateurs « Y ». Le shunt du condensateur « X » peut fournir l'effet d'équilibrage en mode commun requis, mais produira des effets secondaires indésirables de filtrage du signal différentiel. La solution et l'alternative la plus courante aux filtres passe-bas sont peut-être les selfs de mode commun.
La self de mode commun est un transformateur 1:1 dans lequel les deux enroulements agissent comme primaire et secondaire. Dans cette méthode, le courant traversant un enroulement induit le courant opposé dans l’autre enroulement. Malheureusement, les selfs de mode commun sont également lourdes, coûteuses et sujettes aux pannes causées par les vibrations.
Néanmoins, une self de mode commun appropriée avec une adaptation et un couplage parfaits entre les enroulements est transparente aux signaux différentiels et présente une impédance élevée au bruit de mode commun. Un inconvénient des selfs de mode commun est la plage de fréquence limitée provoquée par une capacité parasite. Pour un matériau de noyau donné, plus l'inductance utilisée pour obtenir un filtrage basse fréquence est élevée, plus le nombre de tours requis et la capacité parasite qui l'accompagne sont importants, rendant le filtrage haute fréquence inefficace.
Des différences dans les tolérances de fabrication mécanique entre les enroulements peuvent provoquer une conversion de mode, dans laquelle une partie de l'énergie du signal est convertie en bruit de mode commun, et vice versa. Cette situation entraînera des problèmes de compatibilité électromagnétique et d’immunité. Le décalage réduit également l'inductance effective de chaque jambe.
Dans tous les cas, lorsque le signal différentiel (passage) fonctionne dans la même plage de fréquences que le bruit de mode commun qui doit être supprimé, la self de mode commun présente un avantage significatif par rapport aux autres options. À l’aide de selfs de mode commun, la bande passante du signal peut être étendue jusqu’à la bande d’arrêt de mode commun.
Filtres EMI monolithiques Bien que les selfs de mode commun soient populaires, les filtres EMI monolithiques constituent une autre possibilité. Si la disposition est raisonnable, ces composants céramiques multicouches peuvent fournir une excellente suppression du bruit en mode commun. Ils combinent deux condensateurs parallèles équilibrés dans un seul boîtier, qui présente des effets d'annulation d'inductance mutuelle et de blindage. Ces filtres utilisent deux chemins électriques indépendants dans un seul appareil connecté à quatre connexions externes.
Pour éviter toute confusion, il convient de noter que le filtre EMI monolithique n'est pas un condensateur de traversée traditionnel. Bien qu’ils se ressemblent (même emballage et même apparence), leurs conceptions sont assez différentes et leurs méthodes de connexion sont également différentes. Comme les autres filtres EMI, un filtre EMI monolithique atténue toute l'énergie au-dessus de la fréquence de coupure spécifiée et sélectionne uniquement l'énergie du signal requise à transmettre, tout en transférant le bruit indésirable vers la « masse ».
Cependant, la clé réside dans une inductance très faible et une impédance adaptée. Pour un filtre EMI monolithique, la borne est connectée en interne à l'électrode de référence commune (blindage) de l'appareil, et la carte est séparée par l'électrode de référence. En termes d'électricité statique, les trois nœuds électriques sont formés de deux moitiés capacitives partageant une électrode de référence commune, toutes les électrodes de référence étant contenues dans un seul corps en céramique.
L'équilibre entre les deux moitiés du condensateur signifie également que les effets piézoélectriques sont égaux et opposés, s'annulant mutuellement. Cette relation affecte également les changements de température et de tension, de sorte que les composants des deux lignes présentent le même degré de vieillissement. Si ces filtres EMI monolithiques présentent un inconvénient, ils ne peuvent pas être utilisés si le bruit de mode commun est de même fréquence que le signal différentiel. "Dans ce cas, une self de mode commun est une meilleure solution", a déclaré Cambrelin.
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