Давайте поговорим о том, почему фильтры не работают

В этой статье кратко рассматриваются подводные камни правильной фильтрации. Мы рассмотрим некоторые причины, по которым фильтры, которые, по вашему мнению, будут работать, часто не работают, когда их включают в реальные схемы. Итак… давайте поговорим о том, почему фильтры выходят из строя.

Вы когда-нибудь тратили бесчисленные часы на исследование и поиск того, что, по вашему мнению, будет лучшим фильтром с наилучшей производительностью для ваших конкретных потребностей? А потом обнаружили, что после установки он почти не подавляет радиочастотное излучение? Одной из причин такой низкой производительности может быть то, что производитель фильтра протестировал характеристики затухания синфазного (CM) или дифференциального (DM) шума, и из его спецификаций неясно, какой из них он использовал. Если ваши проблемы с выбросами связаны в основном с CM, а затухание фильтра указано для DM, у вас возникнут проблемы с успешной реализацией фильтра.

Другая проблема может быть связана со стандартом, используемым для проверки производительности фильтра (обычно MIL-STD-220). Обычно фильтры характеризуются вносимыми потерями (IL), выраженными в дБ. Это мера снижения нагрузки на данной частоте за счет установки фильтра. Уровень IL фильтра зависит от импеданса источника и нагрузки и не должен указываться независимо от импеданса нагрузки/источника на клеммах, но часто соответствует стандарту MIL-STD-220. Измерительные приборы, импедансы источника и нагрузки, входной аттенюатор и другие компоненты имеют идеальное характеристическое сопротивление 50 Ом. Редко можно встретить что-то вроде входной цепи источника питания с таким же идеальным сопротивлением 50 Ом. Сопротивление нагрузки, которое действительно видит фильтр, не будет точно соответствовать 50 Ом. Кроме того, входной аттенюатор имеет последовательное сопротивление, которое может гасить любые резонансы. Это проблема, поскольку аттенюатор, использованный при тестировании, отсутствует в конечном продукте.

Приложенный ток во время испытания является еще одной проблемой. Метод тестирования не требует протекания тока в фильтре во время тестирования. Следовательно, он не будет соответствовать цепи, для которой предназначен фильтр, несмотря ни на что. Значение индуктивности в фильтре может быть другим, если протекает постоянный ток. При использовании за пределами указанного диапазона тока дроссель может насыщаться, в результате чего он не сможет обеспечить первоначальное предполагаемое сопротивление.

По этим причинам идеальная ситуация для тестирования фильтров — это ситуация, которая не обязательно соответствует стандартному методу, а адаптирована к конкретному импедансу испытательного источника электромагнитных помех и использует фактический импульсный источник питания, запланированный для продукта и работающий при ожидаемом потреблении тока. . Характеристики вносимых потерь или затухания фильтра должны быть установлены при уровнях тока холостого хода и полной нагрузки, чтобы обеспечить наилучшие результаты и информацию для потенциальных пользователей.

Неэкранированные фильтрующие элементы также могут вызвать проблемы. Когда компоненты фильтра не экранированы и установлены на печатной плате, содержащей источники шума, такие как импульсные источники питания или цифровые логические схемы с быстрым нарастанием напряжения, шум часто будет воздействовать как на компоненты фильтра, так и на входные соединения фильтра. Эти нежелательные перекрестные помехи частично или даже полностью снижают возможности фильтра по затуханию. Аналогичная ситуация может возникнуть, если входные/выходные линии питания фильтра проложены слишком близко друг к другу. Эту проблему можно решить, экранировав фильтр линии электропередачи и закрепив его на стене корпуса оборудования, при этом разъем входного питания будет прикреплен к корпусу фильтра. Также поможет размещение входных/выходных соединений на большом расстоянии друг от друга.

При добавлении фильтров нижних частот к линиям сигналов ввода-вывода вы можете заметить, что фильтр не снижает выбросы, как вы ожидали. Проблема может заключаться в том, что шум CM присутствует на каждой линии и наземном (обратном) пути. Обратите внимание, что шумовой ток CM течет одинаково по всем линиям, включая путь заземления. В этом сценарии, если для подавления шума CM используется конденсатор, это может только усугубить ситуацию, поскольку он будет переносить шум от грязной цифровой земли к чистым сигнальным линиям. Для получения лучших результатов попробуйте удалить конденсатор или соединить шумную цифровую землю с чистой землей (корпуса). В этом случае синфазный дроссель может быть лучшим решением, чем конденсатор-земля.