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コモンモードチョークは一般的ですが、モノリシックEMIフィルタが代替手段になる可能性があります。これらの多層セラミックコンポーネントは適切にレイアウトされている場合、優れたコモンモードノイズ除去を実現します。
多くの要因により、電子機器の機能に損傷を与えたり、機能に干渉したりする可能性のある「ノイズ」干渉の量が増加します。今日の自動車はその代表的な例です。自動車には、Wi-Fi、Bluetooth、衛星ラジオ、GPS システム、およびそれはほんの始まりにすぎません。このノイズ干渉を管理するために、業界では通常、シールドと EMI フィルターを使用して不要なノイズを除去します。しかし、EMI/RFI を除去する従来のソリューションの一部ではもはや十分ではありません。
この問題により、多くの OEM は、2 コンデンサ差動、3 コンデンサ (X コンデンサ 1 つと Y コンデンサ 2 つ)、フィードスルー フィルタ、コモン モード チョーク、またはこれらの組み合わせの使用を避け、より適切なソリューション (モノリシック EMI フィルタなど) を採用しています。より小さなパッケージでより優れたノイズ除去を実現します。
電子機器が強い電磁波を受けると、回路内に不要な電流が誘導され、意図しない動作を引き起こしたり、意図した動作を妨げたりすることがあります。
EMI/RFI は、伝導または放射の形で発生します。EMI が伝導すると、ノイズが導体に沿って伝わることを意味します。放射 EMI は、ノイズが磁界または電波の形で空気中を伝わるときに発生します。
外部から与えられるエネルギーが小さくても、放送や通信に使われる電波と混ざると、受信不能や異音、映像の途切れなどを引き起こす可能性があります。また、エネルギーが強すぎると、電子機器を損傷します。
発生源には、自然ノイズ (例: 静電気放電、照明、その他の発生源) と人為ノイズ (例: 接触ノイズ、高周波を使用した機器の漏れ、不要な放射など) が含まれます。通常、EMI/RFI ノイズはコモンモード ノイズです。したがって、解決策は、EMI フィルタを使用して、別個のデバイスとして、または回路基板に埋め込まれて、不要な高周波を除去することです。
EMI フィルタ EMI フィルタは通常、回路を形成するように接続されたコンデンサやインダクタなどの受動部品で構成されます。
「インダクタは、DC 電流または低周波電流を通過させながら、不要な高周波電流をブロックします。コンデンサは、高周波ノイズをフィルタの入力から電​​源またはグランド接続にそらすための低インピーダンス経路を提供します」と、コンデンサ会社 Johanson Dielectrics.EMI フィルタの Christophe Cambrelin 氏は述べています。
従来のコモンモードフィルタリング方法には、選択されたカットオフ周波数より低い周波数の信号を通過させ、カットオフ周波数より高い周波数の信号を減衰させるコンデンサを使用したローパスフィルタが含まれます。
一般的な開始点は、差動構成で 1 対のコンデンサを適用し、差動入力の各トレースとグランドの間に 1 つのコンデンサを配置することです。各レッグの容量性フィルタは、指定されたカットオフ周波数を超えると EMI/RFI をグランドに迂回させます。 2 本のワイヤを介して逆位相の信号を送信すると、信号対ノイズ比が向上し、不要なノイズがグランドに送信されます。
「残念ながら、X7R 誘電体を備えた MLCC (この機能に一般的に使用される) の静電容量値は、時間、バイアス電圧、温度によって大きく変化する可能性があります」と Cambrelin 氏は述べています。
「したがって、2 つのコンデンサは、室温、低電圧の特定の時点ではほぼ一致していても、電圧や温度が変化すると、最終的には非常に異なる値になる可能性があります。2 本のワイヤ間のこの不一致により、マッチングによりフィルタのカットオフ付近で応答が不等になります。したがって、コモンモードノイズを差動ノイズに変換します。」
別の解決策は、2 つの「Y」コンデンサの間に大きな値の「X」コンデンサをブリッジすることです。「X」容量性シャントは理想的なコモンモードバランスを提供しますが、差動信号フィルタリングという望ましくない副作用もあります。おそらく最も一般的な解決策です。ローパスフィルターの代替手段はコモンモードチョークです。
コモンモードチョークは、両方の巻線が一次側と二次側として機能する1:1の変圧器です。この方法では、一方の巻線を流れる電流がもう一方の巻線に逆電流を誘導します。残念ながら、コモンモードチョークは重く、高価で、傷つきやすいものでもあります。振動による故障の原因となります。
それにもかかわらず、巻線間の完全な整合と結合を備えた適切なコモンモード チョークは、差動信号に対して透明であり、コモン モード ノイズに対して高いインピーダンスを持ちます。コモン モード チョークの欠点の 1 つは、寄生容量により周波数範囲が制限されることです。特定のコア材料の場合、低周波フィルタリングを得るために使用されるインダクタンスが高くなるほど、より多くの巻数が必要となり、その結果、高周波フィルタリングを通過できない寄生容量が発生します。
機械的な製造公差による巻線間の不整合により、信号エネルギーの一部がコモンモードノイズに変換されたり、その逆に変換されたりするモード切り替えが発生します。この状況は、電磁両立性やイミュニティの問題を引き起こす可能性があります。不整合により、各脚の実効インダクタンスも減少します。
いずれにしても、差動信号（パススルー）が、除去する必要があるコモンモードノイズと同じ周波数範囲で動作する場合、コモンモードチョークには他のオプションに比べて大きな利点があります。コモンモードチョークを使用すると、信号の通過帯域を最大まで拡張できます。コモンモード阻止帯域。
モノリシック EMI フィルタ コモン モード チョークが一般的ですが、モノリシック EMI フィルタも使用できます。適切にレイアウトされている場合、これらの多層セラミック コンポーネントは優れたコモンモード ノイズ除去を提供します。相互インダクタンスのキャンセルとシールドのために 2 つの平衡シャント コンデンサを 1 つのパッケージに組み合わせています。これらのフィルタは、4 つの外部接続に接続された 1 つのデバイス内で 2 つの別々の電気経路を使用します。
混乱を避けるために、モノリシック EMI フィルタは従来の貫通コンデンサではないことに注意してください。見た目は同じ (パッケージングと外観が同じ) ですが、設計が大きく異なり、同じ方法で接続されていません。他の EMI と同様に、モノリシック EMI フィルタは、指定されたカットオフ周波数を超えるすべてのエネルギーを減衰し、不要なノイズを「グランド」に逃がしながら、必要な信号エネルギーのみを通過させるように選択します。
ただし、重要なのは、非常に低いインダクタンスと整合インピーダンスです。モノリシック EMI フィルタの場合、端子はデバイス内の共通の基準 (シールド) 電極に内部接続され、プレートは基準電極によって分離されます。静電気的には、3 つの電気ノードはこれらは、共通の基準電極を共有する 2 つの容量性の半分によって形成され、すべてが 1 つのセラミック本体内に含まれています。
コンデンサの 2 つの半分のバランスは、圧電効果が等しく逆向きであり、互いに打ち消し合うことも意味します。この関係は温度と電圧の変動にも影響するため、両方のラインのコンポーネントは均等に経年変化します。これらのモノリシック EMI に欠点が 1 つあるとすれば、フィルタは、コモンモード ノイズが差動信号と同じ周波数にある場合には機能しません。「この場合、コモンモード チョークの方が良い解決策です」とカンブルラン氏は言います。
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