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コモンモードチョークは一般的ですが、別の可能性としてはモノリシック EMI フィルタがあります。レイアウトが合理的であれば、これらの多層セラミック部品は優れたコモンモードノイズ抑制を実現できます。
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「ノイズ」干渉の量が増加します。今日の車はその典型的な例です。自動車には Wi-Fi、Bluetooth、衛星ラジオ、GPS システムが搭載されていますが、これはほんの始まりにすぎません。この種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。しかし現在、EMI/RFI を排除するための従来のソリューションの一部は適用できなくなりました。
この問題により、多くの OEM は、モノリシックなどのより適切なソリューションを得るために、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などの選択を避けてきました。小型パッケージで優れたノイズ抑制を実現したEMIフィルタ。
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、予期せぬ動作を引き起こしたり、本来の動作に支障をきたし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する可能性があります。EMIが発生すると、ノイズが導体に沿って伝播することを意味します。ノイズが磁界や電波として空気中を伝播すると、放射EMIが発生します。
外部から加わるエネルギーはたとえ微量であっても、放送や通信に使われる電波に混入すると、受信障害や異音ノイズ、映像の途切れなどの原因となります。エネルギーが強すぎると電子機器が損傷する可能性があります。
発生源には、自然ノイズ (静電気放電、照明、その他の発生源など) と人工ノイズ (接触ノイズ、高周波漏洩機器の使用、有害な放射線など) が含まれます。一般に、EMI/RFI ノイズはコモンモード ノイズであるため、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た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、コンデンサやインダクタなどの受動部品で構成され、これらが接続されて回路を形成します。
「インダクタは、有害な不要な高周波電流をブロックしながら、DC または低周波電流を通過させます。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戻すための低インピーダンス経路を提供します」とヨハンソン・ダイエレクトリックスのクリストフ・カンブルラン氏は述べ、同社は多層セラミックコンデンサとEMIフィルタを製造していると述べた。
従来のコモンモードフィルタリング方法には、選択し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ています。
一般的な開始点は、各トレースと差動入力のグランドの間にコンデンサを使用して、差動構成でコンデンサのペアを適用することです。各分岐のコンデンサ 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 をグランドに伝達します。この構成では、2 本のワイヤを介して逆位相の信号を送信するため、不要なノイズをグランドに送信しながら S/N 比を向上させることができます。
「残念ながら、X7R 誘電体を備えた MLCC (通常、この機能に使用される) 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します」と Cambrelin 氏は述べています。
「したがって、これら 2 つのコンデンサが室温および低電圧でほぼ一致していても、時間、電圧、または温度が変化すると、最終的には非常に異なる値になる可能性があります。このような 2 つのライン間の不一致により、フィルターのカットオフ付近で不等な応答が発生します。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」コンデンサシャントは、必要なコモンモードバランス効果を提供できますが、差動信号フィルタリングの望ましくない副作用が生じます。おそらく、最も一般的な解決策およびローパス 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 トランスです。この方法では、一方の巻線を通過する電流は、もう一方の巻線に逆の電流を誘導します。残念ながら、コモンモードチョークは重く、高価であり、振動によって故障する傾向があります。
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、寄生容量によって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実現するために使用されるインダクタンスが高くなるほど、必要な巻数とそれに伴う寄生容量が大きくなり、高周波フィルタリングが効果的でなくなります。
巻線間の機械的な製造公差の不一致により、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変換が発生する可能性があります。この状況は、電磁適合性と電磁耐性の問題を引き起こします。不整合により、各脚の実効インダクタンスも減少します。
いずれの場合でも、差動信号（パス）が、抑制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、信号通過帯域をコモンモード阻止帯域まで拡張できます。
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、別の可能性としてモノリシック EMI フィルタがあります。レイアウトが合理的であれば、これらの多層セラミック部品は優れたコモンモードノイズ抑制を実現できます。2 つのバランスのとれた並列コンデンサを 1 つのパッケージに組み合わせており、相互インダクタンスのキャンセルとシールド効果があります。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 つの独立した電気パスを使用します。
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（パッケージも外観も同じ）ですが、デザインは大きく異なり、接続方法も異なります。他の EMI フィルタと同様に、シングルチップ 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、通過する必要のある信号エネルギーのみを選択し、不要なノイズを「グランド」に転送します。
ただし、重要なのは、非常に低いインダクタンスと整合された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基準 (シールド) 電極に内部接続されており、基板は基準電極によって分離されています。静電気の点では、3 つの電気ノード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、すべての基準電極は単一のセラミック本体に含まれています。
コンデンサの 2 つの半分間のバランスは、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化にも影響するため、2 つのライン上のコンポーネントの劣化度は同じになります。これらのモノリシック EMI フィルタの欠点があるとすれば、コモンモード ノイズが差動信号と同じ周波数である場合には使用できないことです。「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う。
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