Hablemos de por qué fallan los filtros

Este artículo cubre brevemente las trampas del filtrado adecuado. Veremos algunas de las razones por las que los filtros que puede pensar que funcionarán a menudo no lo hacen cuando se colocan en circuitos reales. Entonces… hablemos de por qué fallan los filtros.

¿Alguna vez ha pasado innumerables horas investigando y localizando lo que creía que sería el mejor filtro posible con el mejor rendimiento posible para sus necesidades específicas? ¿Y luego descubrió que una vez instalado, apenas suprime las emisiones de RF? Una de las razones de esta falta de rendimiento podría ser que el fabricante del filtro haya probado las características de atenuación para el ruido de modo común (CM) o de modo diferencial (DM) y no está claro en sus especificaciones cuál utilizó. Si sus problemas de emisiones son principalmente CM, pero la atenuación del filtro está especificada para DM, tendrá problemas con la implementación exitosa del filtro.

Otro problema podría estar relacionado con el estándar utilizado para probar el rendimiento del filtro (generalmente MIL-STD-220). Normalmente, los filtros se caracterizan por su pérdida de inserción (IL), expresada en dB. Es una medida de la reducción de carga a la frecuencia dada debido a la inserción del filtro. La IL de un filtro depende de las impedancias de la fuente y la carga y no debe establecerse independientemente de las impedancias de carga/fuente de los terminales, pero a menudo es conforme a MIL-STD-220. Los instrumentos de medición, las impedancias de fuente y carga, el atenuador de entrada y otros componentes se especifican con una impedancia característica ideal de 50 Ω. Es raro tener algo como un circuito de entrada de fuente de alimentación que tenga esta misma impedancia ideal de 50 Ω. La impedancia de carga que realmente ve un filtro no coincidirá con precisión con 50 Ω. Además, el atenuador de entrada tiene una impedancia en serie que puede amortiguar cualquier resonancia. Este es un problema porque el atenuador utilizado en las pruebas no está presente en el producto final.

La corriente aplicada durante la prueba es otro problema. El método de prueba no requiere que fluya corriente en el filtro durante la prueba, por lo tanto, no coincidirá con el circuito para el que está diseñado el filtro, sin importar qué. El valor de la inductancia en el filtro puede ser diferente si fluye corriente continua. Cuando se usa fuera de su rango de corriente especificado, un estrangulador puede saturarse, dejándolo incapaz de suministrar su impedancia prevista original.

Por estas razones, una situación de prueba de filtro perfecta es aquella que no sigue necesariamente el método estándar, sino que se adapta a la impedancia de suministro de prueba de EMI específica y utiliza la fuente de alimentación de conmutación real planificada para el producto y funciona con el consumo de corriente esperado. . Las características de atenuación o pérdida de inserción de un filtro deben establecerse en niveles de corriente sin carga y con carga completa para proporcionar los mejores resultados e información a los usuarios potenciales.

Los elementos de filtro sin blindaje también pueden causar problemas. Cuando los componentes del filtro no están blindados y están montados en una PCB que contiene fuentes de ruido, como fuentes de alimentación conmutadas o circuitos lógicos digitales de tiempo de subida rápido, el ruido a menudo se acoplará tanto a los componentes del filtro como a las conexiones de entrada al filtro. Esta diafonía no deseada reduce las capacidades de atenuación del filtro en forma parcial o incluso total. Una situación similar puede ocurrir cuando las líneas de alimentación de entrada/salida al filtro están demasiado juntas. Este problema se puede mitigar protegiendo el filtro de la línea de alimentación y montándolo en la pared del recinto del equipo con el conector de alimentación de entrada montado en el recinto del filtro. Mantener las conexiones de entrada/salida separadas entre sí también ayudará.

Al agregar filtros de paso bajo a las líneas de señal de E/S, es posible que observe que el filtro no reduce las emisiones como esperaba. El problema podría ser que el ruido de CM esté presente en cada línea y en la ruta de tierra (retorno). Tenga en cuenta que la corriente de ruido CM fluye por igual en todas las líneas, incluida la ruta de tierra. En este escenario, si se usa un capacitor para suprimir el ruido de CM, solo puede empeorar las cosas porque llevará el ruido de la tierra digital sucia a las líneas de señal limpias. Para obtener mejores resultados, intente quitar el capacitor o conecte la tierra digital ruidosa a una tierra limpia (chasis). En este caso, un estrangulador de modo común puede ser una mejor solución que una solución de condensador a tierra.

No se olvide de la posibilidad de una respuesta deficiente del filtro de alta frecuencia debido a parásitos. A menudo pasamos por alto el hecho de que la respuesta de frecuencia baja y media casi ideal de un filtro de paso bajo no continuará aumentando en frecuencia. Debido a la capacitancia parásita, la atenuación real de un filtro puede caer significativamente en los armónicos más altos de las frecuencias de conmutación (del orden de varios megahercios). Busque maneras de reducir estos parásitos. Seleccione componentes con baja resistencia en serie equivalente (ESR) y mantenga los cables cortos, anchos y planos.

En la vida real, los componentes del filtro exhiben tolerancia, saturación, parásitos y problemas de acoplamiento. Con una cuidadosa previsión, planificación y el conocimiento adecuado, estos problemas se pueden considerar y mitigar para que ya no se pregunte por qué el filtro no funciona como se esperaba. ¡Le deseo la mejor de las suertes en sus futuros esfuerzos de filtrado!

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Don MacArthur es colaborador invitado de la revista In Compliance. Tiene más de 30 años de experiencia en desarrollo de productos, EMC, pruebas y cumplimiento de seguridad de productos. Ha desarrollado productos para aplicaciones militares, comerciales e industriales.

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