Parlons de pourquoi les filtres échouent

Cet article couvre brièvement les pièges d'un filtrage approprié. Nous examinerons certaines des raisons pour lesquelles les filtres que vous pensez fonctionner ne fonctionnent souvent pas lorsqu'ils sont placés dans de vrais circuits. Alors… parlons des raisons pour lesquelles les filtres échouent.

Avez-vous déjà passé d'innombrables heures à rechercher et à localiser ce que vous pensiez être le meilleur filtre possible avec les meilleures performances possibles pour vos besoins spécifiques ? Et puis découvert qu'une fois installé, il supprime à peine les émissions RF ? L'une des raisons de ce manque de performances pourrait être que le fabricant du filtre a testé les caractéristiques d'atténuation du bruit en mode commun (CM) ou en mode différentiel (DM) et qu'il n'est pas clair d'après ses spécifications lequel il a utilisé. Si vos problèmes d'émissions sont principalement CM, mais que l'atténuation du filtre est spécifiée pour DM, vous aurez des problèmes avec la mise en œuvre réussie du filtre.

Un autre problème pourrait être lié à la norme utilisée pour tester les performances du filtre (généralement MIL-STD-220). Typiquement, les filtres sont caractérisés par leur perte d'insertion (IL), exprimée en dBs. C'est une mesure de la réduction de charge à la fréquence donnée due à l'insertion du filtre. L'IL d'un filtre dépend des impédances de source et de charge et ne doit pas être indiqué indépendamment des impédances de charge/source de borne, mais est souvent conforme à la norme MIL-STD-220. Les instruments de mesure, les impédances de source et de charge, l'atténuateur d'entrée et les autres composants sont spécifiés comme ayant une impédance caractéristique idéale de 50Ω. Il est rare d'avoir quelque chose comme un circuit d'entrée d'alimentation ayant cette même impédance idéale de 50Ω. L'impédance de charge qu'un filtre voit vraiment ne correspondra pas précisément à 50 Ω. De plus, l'atténuateur d'entrée a une impédance série qui peut atténuer toutes les résonances. C'est un problème car l'atténuateur utilisé dans les tests n'est pas présent dans le produit final.

Le courant appliqué pendant le test est un autre problème. La méthode de test ne nécessite pas que le courant circule dans le filtre pendant le test. Par conséquent, il ne correspondra pas au circuit auquel le filtre est destiné, quoi qu'il arrive. La valeur de l'inductance dans le filtre peut être différente si le courant continu circule. Lorsqu'il est utilisé en dehors de sa plage de courant spécifiée, un starter peut saturer, le laissant incapable de fournir son impédance d'origine.

Pour ces raisons, une situation de test de filtre parfaite est une situation qui ne suit pas nécessairement la méthode standard, mais qui est adaptée à l'impédance d'alimentation de test EMI spécifique et utilise l'alimentation à découpage réelle prévue pour le produit et exploitée à la consommation de courant prévue. . Les caractéristiques de perte d'insertion ou d'atténuation d'un filtre doivent être établies à des niveaux de courant à vide et à pleine charge pour fournir les meilleurs résultats et informations aux utilisateurs potentiels.

Les éléments filtrants non blindés peuvent également causer des problèmes. Lorsque les composants du filtre ne sont pas blindés et sont montés sur un circuit imprimé contenant des sources de bruit telles que des alimentations à découpage ou des circuits logiques numériques à temps de montée rapide, le bruit se couple souvent aux composants du filtre et aux connexions d'entrée du filtre. Cette diaphonie indésirable réduit partiellement, voire complètement, les capacités d'atténuation du filtre. Une situation similaire peut se produire lorsque les lignes électriques d'entrée/sortie vers le filtre sont trop proches les unes des autres. Ce problème peut être atténué en protégeant le filtre de la ligne d'alimentation et en le montant sur la paroi de l'enceinte de l'équipement avec le connecteur d'alimentation d'entrée monté sur l'enceinte du filtre. Maintenir les connexions d'entrée/sortie séparées les unes des autres aidera également.

Lors de l'ajout de filtres passe-bas aux lignes de signal d'E/S, vous remarquerez peut-être que le filtre ne réduit pas les émissions comme vous l'aviez prévu. Le problème pourrait être que le bruit CM est présent sur chaque ligne et le chemin de masse (retour). Notez que le courant de bruit CM circule de manière égale sur toutes les lignes, y compris le chemin de terre. Dans ce scénario, si un condensateur est utilisé pour supprimer le bruit CM, cela ne peut qu'empirer les choses car il transportera le bruit de la masse numérique sale vers les lignes de signal propres. Pour de meilleurs résultats, essayez de retirer le condensateur ou connectez la masse numérique bruyante à une masse propre (châssis). Dans ce cas, une self de mode commun peut être une meilleure solution qu'une solution condensateur-terre.

N'oubliez pas la possibilité d'une mauvaise réponse haute fréquence du filtre due aux parasites. Nous oublions souvent le fait que la réponse basse et moyenne fréquence presque idéale d'un filtre passe-bas ne continuera pas à augmenter en fréquence. En raison de la capacité parasite, l'atténuation réelle d'un filtre peut chuter de manière significative aux harmoniques plus élevées des fréquences de commutation (de l'ordre de plusieurs mégahertz). Cherchez des moyens de réduire ces parasites. Sélectionnez des composants avec une faible résistance série équivalente (ESR) et gardez les fils courts, gros et plats.

Dans la vraie vie, les composants du filtre présentent des problèmes de tolérance, de saturation, de parasites et de couplage. Avec une réflexion approfondie, une planification et des connaissances appropriées, ces problèmes peuvent être pris en compte et atténués afin que vous ne vous demandiez plus pourquoi votre filtre ne fonctionne pas comme prévu. En vous souhaitant bonne chance dans vos futurs efforts de filtrage !

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Don MacArthur est un contributeur invité du magazine In Compliance. Il a plus de 30 ans d'expérience dans le développement de produits, la CEM, les tests et la conformité de la sécurité des produits. Il a développé des produits pour des applications militaires, commerciales et industrielles.

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