Principes de base d'EMC : mode commun et bruit différentiel

Pour rappel rapide,courants différentielss'écoulent dans des directions opposées à travers la source et le chemin de retour, tandis quecourants de mode communs'écoulent dans la même direction à travers la source et le chemin de retour, complétant le circuit à travers le chemin de terre.

Comment savoir si vous avez affaire àbruit de mode communoubruit différentiel ? C'est une question courante à laquelle il faut répondre.

Voici une astuce rapide pour vous diriger dans la bonne direction. Bien que ce ne soit pas précis à 100%, cela aide à démarrer le processus.

Imaginez un médecin prescrivant des antibiotiques sans savoir si vous avez une infection bactérienne ou un virus. Il le fait en sachant que si vous avez une infection bactérienne, le médicament fonctionnera et le problème sera résolu. Si le médicament ne fonctionne pas, au moins il sait qu'il a affaire à un virus et il vous traitera en conséquence.

Ainsi, dans notre cas, vous pouvez simplement appliquer unferrite à pince sur un câble, en se rappelant que les deux lignes (Vcc et terre) seront dans ce câble. Si le bruit est réduit (ou l'immunité est augmentée), alors c'est un problème de mode commun. S'il n'y a pas d'effet, c'est un problème de mode différentiel.

Par conséquent, au niveau de la carte, s'il s'agit d'un problème de mode commun, vous pouvez utiliser une self de mode commun. Si le problème est le mode différentiel, une ferrite à billes de puce peut être utilisée.

Les ferrites à pince sont généralement fabriquées avec deux types de matériaux différents : le manganèse-zinc (MnZn) et le nickel-zinc (NiZn).

Nickel-zincpeut être utilisé dans des situations de bruit conduit ou rayonné à hautes fréquences.Manganèse-zincest principalement utilisé pour le bruit conducteur à des fréquences plus basses car sa perméabilité plus élevée donne plus d'impédance.

Cette image fournit une ligne directrice pour le matériel à utiliser en fonction de votre situation. Bien sûr, il y a des exceptions, mais c'est ce que nous trouvons typique.

Ici, nous avons une représentation visuelle du fonctionnement d'un starter de mode commun.

Les flèches rouges représentent unsignal différentiel C'est un signal utile. Il crée un champ magnétique à l'intérieur du noyau allant dans une direction, selon la règle de la main droite.

Le signal différentiel retourne alors à la source, ce qui crée un autre champ magnétique, selon la règle de la main droite. Ces deux champs s'annuleront dans le noyau.

Le bruit de mode commun crée également un flux magnétique à l'intérieur du noyau, mais cette fois, les deux signaux de bruit sont dans la même direction, comme indiqué ici par les flèches noires résultant de l'addition des champs magnétiques. Le noyau répondra avec une impédance élevée au bruit indésirable.

Une chose à garder à l'esprit lors de l'utilisation d'un filtre en mode commun est qu'il y aura une impédance différentielle qui pourraitatténuer le signal utile. Comme le montre le graphique de la figure 6, la ligne bleue représente l'impédance de mode commun et la ligne pointillée rouge montre l'impédance différentielle.

Cela signifie que si le signal est à 100 MHz, en utilisant cette solution de mode commun, il y aura une certaine atténuation involontaire du signal à partir de l'impédance différentielle.

Voici un exemple précis. La ligne bleue représente l'impédance de mode commun et la ligne pointillée rouge montre l'impédance de mode différentiel. Le signal utile est matérialisé par le trait noir épais juste à 4 MHz.

Cela fait bon usage des selfs de mode commun, avec une impédance de mode commun élevée juste à 4 MHz et une faible impédance de mode différentiel.

De ce fait, l'impact sur le bruit est important, et l'impact sur le signal utile est réduit au minimum. Lors de la lecture des fiches techniques, vérifiez à la fois l'impédance en mode commun et l'impédance en mode différentiel pour cette partie.

Il existe deux types d'enroulements utilisés dans une self de mode commun : sectionnel et bifilaire.

Composants à enroulement sectionnel sont les plus utiles dans les applications d'alimentation électrique car les lignes à haute tension doivent être séparées par une distance minimale. Ils peuvent également être utilisés comme inducteurs pour atténuer le bruit de mode différentiel. Parce que les composants sectionnels ont une inductance de fuite plus élevée, ils atténuent le bruit de mode différentiel ainsi que le bruit de mode commun.

Pièces à enroulement bifilaire sont généralement utilisés pour les lignes de signal de données basse tension car nous ne voulons pas atténuer le signal de mode différentiel (signal utile). Ainsi, vous avez une inductance de fuite plus faible, qui est utilisée pour filtrer le bruit sur un signal.

Pour résumer, la façon dont les deux parties atténuent le bruit de mode commun est très similaire. Cependant, il existe une grande différence entre les pièces à enroulement sectionnel et à enroulement bifilaire en ce qui concerne l'atténuation du bruit en mode différentiel.

Vous pouvez voir ces différences illustrées par les lignes rouges et noires Figure 8. Notez que l'impédance en mode commun (lignes pleines) est très similaire, tandis que l'impédance en mode différentiel (lignes pointillées) est très différente.

L'outil en ligne REDEXPERT de Würth Elektronik peut vous aider à trouver les bons composants pour atténuer le bruit. Utilisez le concepteur de filtres EMI de REDEXPERT pour concevoir et visualiser les résultats. Entrez simplement les détails du système et le bruit que vous cherchez à atténuer afin de trouver les bons composants.

En comprenant la différence entre le mode commun et le bruit différentiel, ainsi que la façon d'utiliser les selfs de mode commun, vous serez en mesure de réduire les bruits indésirables dans vos conceptions. Notre prochain article fournira encore plus d'informations sur le bruit différentiel et les ferrites à billes, alors soyez à l'affût pour continuer à améliorer vos connaissances CEM !

En attendant, nos articles précédents sur EMI Basics et EMC Losses sont également disponibles.