Come ridurre le interferenze elettromagnetiche (EMI) in un circuito

Si sente sempre dire, per indicare una cosa non troppo difficile, che non è come ingegneria nucleare. Forza Giovanni, finisci le tabelline, non occorre mica essere un ingegnere nucleare per farlo! In questo periodo si potrebbe benissimo sostituire questo termine con “interferenze elettromagnetiche”  in un circuito o EMI. Le EMI sono familiari a tutti, anche se molti ne hanno solo una conoscenza superficiale. Fin qui abbiamo parlato di corretta messa a terra, circuiti AC/DC, instradamento ad alta velocità, e instradamento per coppie differenziali. In questo articolo andremo ad analizzare come creare una schermatura dalle onde elettromagnetiche utilizzando i manicotti di ferrite. I nuclei di ferrite sono complicati, ecco perché è importante comprendere prima la teoria su cui si basano. La maggior parte dei componenti elettronici sono di tipo “plug and play”; al contrario le ferriti vanno progettate nel sistema. Una volta compresa la teoria è facile passare poi ad applicazioni pratiche, come filtri LC, separazioni dei piani di massa e alimentazione, e filtraggio dei disturbi.

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EMI filter: i filtri LC in ferrite

I progettisti spesso considerano i manicotti di ferrite come filtri passa-basso. In realtà essi bloccano le alte frequenze ma solo in una banda ben specifica. Al di sopra di tale banda la loro frequenza capacitiva intrinseca prende il sopravvento. Anche se un manicotto di per sé non può costituire un filtro passa-basso lo può diventare quando viene combinato con un condensatore di bypass. In questo modo si ottiene, essenzialmente, un filtro EMI LC (induttore e condensatore). Uno dei problemi principali quando si analizza come utilizzare i manicotti di ferrite è la risonanza LC.

Come prima cosa, se usate un manicotto di ferrite nella linea di alimentazione del circuito, vi occorre un condensatore di bypass. A basse frequenze i manicotti di ferrite si comportano come induttori che si oppongono ai cambiamenti nella corrente. Questo significa che se il vostro circuito integrato sta cercando di prelevare un picco di corrente, il manicotto opporrà resistenza e può persino compromettere l’operatività del circuito. Il ruolo del condensatore di bypass è quello di accumulare la carica per fornire questi picchi di potenza. Utilizzate un condensatore di bypass è sempre una buona idea.

Una volta posizionato il condensatore e la ferrite potete iniziare a filtrare le alte frequenze. Un manicotto di ferrite presenta almeno due vantaggi rispetto ai normali induttori utilizzati nei filtri LC. I manicotti di ferrite tagliano le basse frequenze in modo più netto e con un caduta più ripida e sono dotati di una resistenza intrinseca che aiuta a ridurre possibili frequenze di risonanza. Anche se hanno questa capacità di smorzamento la risonanza può comunque verificarsi. Questo rischio aumenta quando si utilizzano condensatori più grandi. Se davvero volete utilizzare un condensatore grande il rischio può essere ridotto aggiungendo smorzamento o limitando la risonanza in altri modi. Se si verifica una risonanza essa può comportare un incremento fino a 10 dB, per cui è importante progettare il filtro in modo da evitarla.

Le ferriti vengono spesso usano per filtrare le linee di alimentazione.

Potreste essere preoccupati dal rumore che proviene esternamente alla vostra scheda. Spesso le EMI entrano nel PCB attraverso l’alimentazione. I manicotti di ferrite sono ideali per filtrare questo tipo di disturbo ad alta frequenza. Infatti questo è il loro utilizzo più comune.

Sia che i vostri PCB viaggino nello spazio sia che rimangano a terra, essi devono essere protetti dalle EMI. I manicotti di ferrite sono in grado di fare tutto questo, sia attenuando una banda specifica delle alte frequenze, sia funzionando come filtro LC se vengono combinati ad un condensatore di bypass in ceramica. Se utilizzate un manicotto in un filtro a LC dovete fare attenzione alla risonanza LC. È possibile utilizzare i manicotti di ferrite anche per separare i piani di massa e alimentazione nei circuiti a segnali misti e filtrare i disturbi in generale.

Ora che avete imparato come utilizzare i manicotti di ferrite per ridurre le EMI nel circuito è arrivato il momento di passare alla fase di progettazione. Software avanzati per il progetto di PCB, come Altium Designer, vi possono aiutare a passare dalla teoria, in termini di riduzione dei disturbi, alla pratica. Altium Designer è dotato di funzioni avanzate e documentazione che vi assicurano di essere sempre pronti a qualsiasi evenienza.

Avete ulteriori domande sulle EMI? Contattate un esperto di Altium.

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