Em seu Application Note AN1751 a ST Microelectronics (www.st.com) descreve diversas técnicas para se reduzir os problemas de EMI em equipamentos de telecomunicações sem fio, consumo e celulares. As recomendações incluem ainda problemas de ESD. Neste artigo procuramos resumir os principais pontos abordados no documento. Os leitores interessados, que dominam o inglês, podem baixar o documento completo do site da empresa.
No passado, a filtragem era realizada por componentes discretos como capacitores, indutores e resistores, ao mesmo tempo em que a proteção contra ESD era realizada por dispositivos também discretos como diodos. No entanto, os equipamentos modernos como celulares, operam com sinais mais rápidos exigindo proteções apropriadas e que, além disso, ocupem menores espaços.
Assim, dispositivos de proteção integrados são melhores no sentido de que, sendo menores, produzem menores indutâncias nas placas, uma vez que as interconexões internas são muito mais curtas. Isso significa que os filtros com componentes discretos não atuam somente em função dos valores de seus componentes, mas inclusive em função das eventuais indutâncias parasitas que aparecem na sua conexão numa placa.
Na figura 1 temos as curvas de filtros com componentes discretos e filtros integrados como da linha IPAD da ST. Observe os diagramas equivalentes com a inexistência de indutâncias parasitas. Os filtros EMIF (Electromagnetic Interference Filters) possuem três funções: a primeira é filtrar a EMI/RFI, a segunda proteger as entradas e saídas contra a ESD e a terceira transmitir de modo eficiente os dados da entrada para a saída. A seguir, analisaremos as condições de testes para estes dispositivos.
Resposta de Frequência
A finalidade de um EMIF é deixar passar as baixas frequências e rejeitar sinais maiores do que 800 MHz, especialmente 900 MHz, 1,8 GHz e 2,4 Ghz. A curva de atenuação fornecida numa especificação mostra:
• Simulação através de ferramentas como a Apiac ou P-SPice. Isso é feito antes da pastilha ser projetada de modo a se assegurar que o dispositivo atenderá às exigências do cliente;
• Medidas feitas com uma placa de demonstração.
A figura 2 representa um exemplo de modelo Apiac de uma célula de filtro.
Se bem que o software de simulação mais utilizado na indústria eletrônica seja o P- spice, ele tem limitações quando trabalhando com sinais de RF, devido ao tempo tomado na simulação. É impossível também simular fenômenos de crosstalk. Por este motivo, o Apiac foi desenvolvido para se superar estes problemas.
Em relação às medidas, o primeiro passo consiste em se calibrar o equipamento. Por este motivo, as placas de demonstração são enviadas junto com o kit de calibração, conforme mostra a figura 3, onde o dispositivo IPAD está em uma outra placa. A placa com o filtro é apresentada na figura 4.
Se o equipamento de teste não estiver calibrado poderão ocorrer erros nas medidas de atenuação. Além disso, as medidas são feitas com cargas de 50 ohms, e em algumas aplicações a impedância pode ser diferente.
Medidas de Latch-Up e ESD
As linhas I/O de um telefone celular precisam ser protegidas contra ESD. O padrão mais popular ESD é o IEC61000- 4-2, tendo um gerador de surtos como definido na figura 5.
Segundo este padrão, C1 é carregado com 8 kV (contato) e 15 kV (descarga). Os testes incluem a descarga em todos os pinos externos do dispositivo.
Na figura 6 mostramos dois layouts de placa com resultados diferentes.
Observe que no primeiro caso a distância da trilha até o diodo acrescenta indutâncias que afetam a ação deste componente. No segundo caso, estas indutâncias não existem. Cálculos da ação destas indutâncias adicionais são dados na documentação original.
Na figura 7 temos um layout apropriado de um filtro com as tensões correspondentes.
Medidas de Crosstalk
O fenômeno de crosstalk ou interferência cruzada é devido ao acoplamento entre duas linhas (dois filtros no nosso caso). Na figura 8 observamos o que ocorre, quando aumenta este efeito quando a distância entre as linhas diminui.
Para sinais digitais os testes devem utilizar um pulso quadrado produzido por um gerador de pulsos conectado na entrada através de uma porta 74HC04. Um osciloscópio é ligado na saída conforme ilustra a figura 9.
A figura 10 mostra o que ocorre com um sinal de O a 5 V e tempo de subida de poucos microssegundos. O impacto na linha perturbada é menor do que 40 mV pico a pico, e nenhuma perturbação no dado foi notada na linha.
Crosstalk Analógico
Na figura 11 temos o circuito de medida de crosstalk analógico.
Na figura 12, a curva mostra o efeito da célula no filtro I1/01 na célula 11/02 para o EMIF10-1k0F1. A faixa de sinais analógicos é usualmente até 100 MHz. O efeito na linha perturbada é de menos de - 47 dB.
Conclusão
Filtros EMI são projetados para suprimir EMI e RFI e são utilizados também para proteger sistemas sensíveis contra ESD. O uso de configurações Z-R-Z proporciona uma tensão bastante estável na saída durante uma descarga ESD quando corretamente roteadas. Neste artigo mostramos alguns aspectos deste tipo de filtro.
