Produkte zur Rauschunterdrückung / EMI-Entstörfilter / ESD-Schutzvorrichtungen
Leitfaden für Rauschunterdrückungsfilter
Grundlagen der Lärmbekämpfung [Lektion 3] Prinzipien von Rauschfiltern
Grundlagen der Rauschunterdrückung<Rauschfilter sind Tiefpassfilter>
In der vorangegangenen Lektion Nr. 2 wurde erläutert, dass das Rauschen, das bei digitalen Geräten ein Problem darstellt, hauptsächlich durch die hochfrequenten (HF-) Komponenten digitaler Signale verursacht wird. Aus diesem Grund können Tiefpassfilter, die niederfrequente Signale, aber keine hochfrequenten Signale durchlassen, zur Beseitigung dieses Rauschens eingesetzt werden.
Zu den Schaltungselementen, die als Tiefpassfilter fungieren, gehören Induktivitäten (Spulen) und Kondensatoren. Wie in Formel 1 dargestellt, haben Induktivitäten eine niedrige Impedanz (eine Eigenschaft wie der Widerstand: je höher die Impedanz, desto schwieriger wird der Signaldurchgang) in Bezug auf niederfrequente Komponenten und eine hohe Impedanz in Bezug auf hochfrequente Komponenten.
Formel 1 |Z|=2π・f・L (Z: Impedanz, f: Frequenz, L: Induktivität)
Durch das Einfügen einer Drossel in Reihe in den Rauschpfad wird daher der Durchgang von niederfrequenten Signalkomponenten erleichtert und der Durchgang von hochfrequenten Rauschkomponenten erschwert.
Kondensatoren hingegen haben die gegenteiligen Eigenschaften von Induktivitäten und weisen eine hohe Impedanz in Bezug auf niederfrequente Komponenten und eine niedrige Impedanz in Bezug auf hochfrequente Komponenten auf.
Formel 2 |Z|=1/(2π・f・C) (Z: Impedanz, f: Frequenz, C: elektrostatische Kapazität)
Um einen Tiefpassfilter mit diesen Eigenschaften zu konfigurieren, wird ein Kondensator zwischen dem Rauschpfad und der GND-Leitung eingefügt. In diesem Fall werden niederfrequente Signalkomponenten unverändert durchgelassen, aber hochfrequente Rauschkomponenten entweichen auf die GND-Seite, die eine niedrigere Impedanz aufweist, so dass sie den Signalpfad nicht ohne weiteres passieren können.
Die beiden oben genannten Elementtypen sind die grundlegendsten Tiefpassfilter, und durch Kombination dieser Elemente lassen sich leistungsfähigere Tiefpassfilter konfigurieren.
<Anzahl der Filterelemente und Frequenzcharakteristik>
Abb. 3 zeigt die Beziehung zwischen der Anzahl der Elemente, aus denen der Filter besteht, und den Filterfrequenzmerkmalen. Die Einfügungsdämpfung gibt den Grad der Signaldämpfung durch den Filter an, und der Dämpfungsbetrag nimmt in der Abbildung von oben nach unten zu. Die Abbildung zeigt, dass der Anstieg der Frequenzcharakteristik mit zunehmender Anzahl der Filterelemente steiler wird. Filter mit wenigen Elementen haben Frequenzcharakteristiken mit sanfter Steigung, so dass sie eine geringe Selektivität in Bezug auf die zu dämpfenden und die durchzulassenden Frequenzen aufweisen. Dies kann dazu führen, dass ein Teil des Signals abgeschwächt wird oder das Rauschen nicht ausreichend reduziert wird. Im Gegensatz dazu haben Filter mit mehr Elementen eine steil ansteigende Frequenzkennlinie, so dass sie eine hohe Frequenzselektivität aufweisen und Rauschen entfernen können, ohne das Signal erheblich zu dämpfen.
Die meisten EMI-Entstörfilter werden auf der Grundlage dieses Tiefpassfilterkonzepts entwickelt, und es werden verschiedene Techniken eingesetzt, um die Entstörungswirkung zu erhöhen.
In der nächsten Spalte werden typische EMI-Entstörfilter vorgestellt.
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