Perda de inserção e desempenho na filtragem EMI

O blog da KnowlesCapacitors explica a perda de inserção e o desempenho na filtragem de EMI em um artigo de Peter Mathews.

Para cumprir a legislação internacional, como a Diretiva da UE sobre EMC ou FCC, a filtragem de EMI é um elemento essencial do projeto do equipamento. Aqui, continuaremos a explorar a filtragem de EMI por meio de perda de inserção e desempenho de filtragem.

O desempenho da perda de inserção mostra a atenuação do sinal em qualquer frequência. Como métrica, o desempenho da perda de inserção é mais útil como um guia no processo de seleção do filtro; o desempenho real em serviço pode variar dependendo das características do circuito.

A perda de inserção é determinada pelos seguintes fatores:

• Configuração elétrica
• Fonte / impedâncias de carga
• Carregar corrente
• Materiais dielétricos cerâmicos
• Impedância de aterramento
• Integridade da blindagem

Configuração elétrica

A escolha da configuração elétrica de um filtro (a combinação capacitor / indutor) depende principalmente da fonte e das impedâncias de carga. Os números de perda de inserção são normalmente publicados para uma fonte de 50Ω e circuito de carga de 50Ω. A impedância, na realidade, provavelmente será diferente do que os números indicam e pode causar um aumento ou diminuição da perda de inserção. A configuração elétrica do filtro deve ser escolhida para otimizar o desempenho do filtro para um cenário específico de fonte / impedância de carga.

Os tipos comuns de configurações elétricas disponíveis em filtros de passagem incluem:

Filtro Multi-Elemento

Contém mais de 3 elementos, por exemplo, filtros L-C-L-C-L (a adição de outros elementos aumenta a inclinação da curva de perda de inserção)

Carregar corrente

O efeito da corrente de carga na perda de inserção é amplamente determinado pelas propriedades dos elementos de filtragem usados. Para circuitos de filtragem com elementos indutivos, a perda de inserção pode sofrer uma redução significativa onde indutores de ferrite são usados; o material de ferrite satura com a corrente. A redução na perda de inserção depende da corrente e das características do material de ferrite específico. Em casos extremos, a ferrite se tornará ineficaz e a perda de inserção parecerá ser a mesma de um filtro C.

Escolha de um filtro

Ao selecionar um filtro, a configuração elétrica, a implementação física e o material (ou seja, o tipo dielétrico) são todas considerações importantes. A curva de atenuação, mostrada na Figura 1, traça as várias implementações físicas das configurações elétricas detalhadas acima. Você notará que um filtro de chip simples fornece o mínimo de atenuação em alta frequência. Olhar para qualquer uma dessas características individualmente pode ser enganoso em seu processo de seleção.

Olhando, novamente, para o próprio componente, diferentes categorias de materiais cerâmicos têm diferentes características de desempenho. Por exemplo, conforme a constante dielétrica aumenta (e, portanto, o valor da capacitância do filtro aumenta), a estabilidade se deteriora. Parâmetros operacionais e ambientais específicos - incluindo temperatura, tensão, frequência e tempo (envelhecimento) - podem afetar a constante dielétrica.

Conforme resumido na Figura 2, as três principais classificações de dielétrico cerâmico empregadas na fabricação de filtros EMI são geralmente referidas como ultraestáveis ​​(C0G / NP0), estáveis ​​(X7R) e de uso geral (Z5U, Y5V ou X7W).
C0G / NP0 - Ultraestável A maioria dos parâmetros do material não são afetados pela temperatura, tensão, frequência ou tempo. As estabilidade são medidas em termos de partes por milhão, mas as constantes dielétricas são relativamente baixas (10 a 100) X7R - Estável Os parâmetros de material são relativamente estáveis ​​em relação à temperatura, tensão, frequência e tempo. Constantes dielétricas típicas seriam da ordem de 2.000 a 4.000, permitindo valores de capacitância muito mais altos para um determinado tamanho de capacitor do que pode ser obtido a partir de materiais C0G / NP0 Se o coeficiente de tensão ( VC) é fundamental, os dispositivos de precisão da Knowles também podem suportar peças com características BX (2X1) e BZ (2C1) VC Z5U / Y5V / X7W - Uso geral Os parâmetros do material são severamente restritos e o desempenho sob a tensão aplicada pode ser seriamente comprometido. Nota:Knowles Precision Devices usa apenas o desempenho mais alto C0G / NP0 e X7R em suas faixas padrão

Disseminação de valores de capacitância

A capacitância de um capacitor de cerâmica também muda como resultado da variação da temperatura, tensão aplicada e idade. A capacitância final pode cair dentro de uma faixa de valores dependendo do tipo de material e das características referenciadas na Figura 2. Dito isso, se a capacitância for reduzida, o desempenho da perda de inserção também diminuirá.

fonte da imagem em destaque:KnowlesCapacitors feedthrough