آیا تا به حال با سناریوی ناامیدکننده‌ای مواجه شده‌اید که در آن مدار طراحی‌شده‌ی شما نتواند انتظارات عملکرد را برآورده کند و با سیگنال‌های تداخل غیرقابل توضیح مواجه شود؟ مقصر ممکن است نویز باشد - قاتل خاموش در کمین دستگاه‌های الکترونیکی، که بی‌صدا ثبات و قابلیت اطمینان سیستم را به خطر می‌اندازد. امروز، ما دشمن نویز الکترونیکی را بررسی می‌کنیم: تکنیک‌های سرکوب نویز حالت تفاضلی و مشترک که می‌تواند دستگاه‌های شما را از این اختلالات رها کند.

نویز را می‌توان بر اساس روش‌های هدایت به دو نوع اصلی طبقه‌بندی کرد: نویز حالت تفاضلی و نویز حالت مشترک. درک ویژگی‌های آن‌ها اولین قدم به سوی سرکوب موثر نویز است.

خطوط سیگنال (VCC) و زمین (GND) را به عنوان نیروهای مخالف تصور کنید. نویز حالت تفاضلی نشان‌دهنده‌ی «جنگ داخلی» آن‌ها است که در جهت‌های مخالف در امتداد این خطوط منتشر می‌شود. این نویز در درجه‌ی اول از عملکردهای سوئیچینگ داخلی مدار و تغییرات بار ناشی می‌شود - اساساً، «استاتیک» خود تولید شده در خطوط سیگنال.

روش‌های سرکوب: حذف هدفمند

موثرترین استراتژی در برابر نویز حالت تفاضلی شامل نصب فیلترها در «انتهای داغ» (VCC) خطوط سیگنال یا برق است که مانند هدفون‌های حذف نویز عمل می‌کنند و به‌طور خاص سیگنال‌های نویز منتشر شده معکوس را فیلتر می‌کنند. روش‌های متداول عبارتند از:

• فیلترهای π: شامل دو خازن و یک سلف که ساختار π شکل را تشکیل می‌دهند. خازن‌ها نویز با فرکانس بالا را فیلتر می‌کنند در حالی که سلف‌ها نویز با فرکانس پایین را مسدود می‌کنند و امکان سرکوب نویز با طیف کامل را فراهم می‌کنند.
• فیلترهای LC: ترکیبات ساده‌ی سلف-خازن که راه‌حل‌های مقرون‌به‌صرفه‌ای را برای سناریوهای سرکوب نویز کم‌تقاضا ارائه می‌دهند.
• مهره‌های فریت: اجزای فشرده‌ی سرکوب نویز با فرکانس بالا که برای کاهش نویز PCB موضعی ایده‌آل هستند.

برخلاف نویز تفاضلی، نویز حالت مشترک به عنوان یک حمله هماهنگ عمل می‌کند و همزمان بر تمام خطوط با جهت‌گیری یکسان تأثیر می‌گذارد. در خطوط برق AC، در هر دو سیم زنده و خنثی ظاهر می‌شود. در کابل‌های سیگنال، در سراسر تمام هادی‌ها ظاهر می‌شود. این نویز معمولاً ناشی از تداخل الکترومغناطیسی خارجی یا مشکلات حلقه زمین است.

روش‌های سرکوب: دفاع جامع

مبارزه با نویز حالت مشترک نیازمند یک رویکرد چندوجهی است که فیلترهای سرکوب EMI را در تمام خطوط آسیب‌پذیر نصب می‌کند:

• چوک‌های حالت مشترک: اجزای القایی تخصصی که دارای سیم‌پیچ‌های دوتایی هستند که روی یک هسته‌ی واحد پیچیده شده‌اند. در حالی که امپدانس ناچیزی را به سیگنال‌های تفاضلی ارائه می‌دهند، امپدانس قابل توجهی را برای سیگنال‌های حالت مشترک ایجاد می‌کنند.
• خازن‌های بای‌پس خط: به محفظه‌های فلزی یا زمین‌های مرجع متصل می‌شوند و مسیرهای بازگشت با امپدانس کم را برای نویز حالت مشترک فراهم می‌کنند.
• محفظه‌های فلزی: از خواص محافظ برای مسدود کردن تداخل الکترومغناطیسی خارجی استفاده کنید.

نوآوری اصلی چوک در ساختار آن نهفته است: خطوط سیگنال یا برق که به دور یک هسته‌ی فریت مشترک پیچیده شده‌اند. جریان‌های تفاضلی (سیگنال) میدان‌های مغناطیسی مخالف ایجاد می‌کنند که یکدیگر را خنثی می‌کنند، در حالی که جریان‌های حالت مشترک (نویز) میدان‌های تقویت‌کننده تولید می‌کنند که امپدانس قابل توجهی ایجاد می‌کند.

جریان تفاضلی: بدون مانع مانند سیم معمولی جریان می‌یابد.

جریان حالت مشترک: با مقاومت قابل توجهی مواجه می‌شود و به طور موثر سرکوب می‌شود.

در مقایسه با چندین سلف گسسته، چوک‌های حالت مشترک ارائه می‌دهند:

• امپدانس بالاتر در واحد حجم
• ردپای فشرده از طریق ادغام اجزا
• اعوجاج سیگنال حداقل

چوک‌های حالت مشترک در سراسر سیستم‌های الکترونیکی کاربرد دارند:

• خطوط برق: افزایش ثبات و قابلیت اطمینان
• خطوط سیگنال: بهبود کیفیت انتقال
• تجهیزات صوتی/تصویری: افزایش وضوح و وفاداری
• سیستم‌های ارتباطی: افزایش قابلیت اطمینان

• امپدانس حالت مشترک: مقادیر بالاتر نشان‌دهنده‌ی سرکوب بهتر است
• رتبه‌بندی جریان: باید از جریان عملیاتی تجاوز کند
• محدوده فرکانس: باید فرکانس‌های نویز را پوشش دهد
• اندازه بسته: باید با محدودیت‌های PCB مطابقت داشته باشد

نصب چوک‌ها در ورودی‌های برق DC به طور موثر نویز حالت مشترک را سرکوب می‌کند. همراه با خازن‌های سه ترمینالی و مهره‌های فریت، آن‌ها سرکوب نویز حالت تفاضلی جامع را فراهم می‌کنند.

چوک‌های مرحله‌ی خروجی وضوح ویدئو را بدون اعوجاج سیگنال به دلیل تأثیر حداقلی آن‌ها بر سیگنال‌های تفاضلی بهبود می‌بخشند.

ترکیب چوک‌ها با خازن‌های Y باعث ایجاد سرکوب نویز حالت مشترک موثر می‌شود، در حالی که خازن‌های X نویز تفاضلی را برطرف می‌کنند.

در حالی که نویز الکترونیکی یک چالش اجتناب‌ناپذیر باقی می‌ماند، تکنیک‌های سرکوب مناسب می‌تواند تأثیر آن را بر عملکرد دستگاه به میزان قابل توجهی کاهش دهد. چوک‌های حالت مشترک به عنوان اجزای ضروری در این نبرد مداوم با تداخل عمل می‌کنند. تسلط بر اصول، معیارهای انتخاب و روش‌های کاربرد آن‌ها، مهندسان را قادر می‌سازد تا سیستم‌های الکترونیکی آرام‌تر و قابل اطمینان‌تری ایجاد کنند.