Frequency domain equivalent circuit modeling of electromagnetic-interference filters through scattering parameters and rational approximation

This thesis deals with the macro modeling of electromagnetic-interference filters in the conducted-emission frequency range for applications in the frequency domain. Starting from scattering parameters (S-parameters) data, two different approaches are considered to develop an equivalent circuit based on the rational approximation of frequency responses through the vector fitting (VF) iterative process. Specifically, in a first approach, the VF routine is used to approximate the entries of an admittance matrix converted from the S-parameter matrix, from which an equivalent circuit composed of resistors, capacitors and inductors can be naturally obtained. In an alternative approach, VF is used to approximate the entries of the S-parameter matrix and in this case the equivalent circuit must also include controlled voltage and current sources. The proposed circuit topology for the second approach is original and offers significant advantages in terms of accuracy and computational burden. These methodologies were first applied to a synthetic S-parameter response and then to a measured response of a real filter. The resultant equivalent circuits were tested through simulations in the LT Spice environment and discussions about the gathered results and applications in the frequency domain were made, followed by considerations regarding possible extension to time domain.

Questa tesi affronta il problema della macro-modellizzazione di filtri per interferenze elettromagnetiche nel dominio della frequenza (precisamente, nello spettro delle frequenze di interesse per fenomeni di emissione condotta). A partire dalla misura di parametri scattering (parametri S), si presentano due diverse strategie per sviluppare un circuito equivalente basato sull’approssimazione razionale delle risposte in frequenza attraverso il processo iterativo di Vector Fitting (VF). In particolare, in un primo approccio, il metodo VF viene utilizzato per approssimare gli elementi della matrice di ammettenza (convertita dalla matrice dei parametri S) da cui è possibile ottenere in modo naturale la topologia di un circuito equivalente composto da resistori, condensatori ed induttori. In un secondo approccio alternativo, il metodo VF viene utilizzato per approssimare gli elementi della matrice dei parametri S ed in questo caso il circuito equivalente deve includere anche sorgenti controllate di tensione e corrente. Nel secondo approccio, la topologia circuitale qui proposta è particolarmente originale ed offre vantaggi significativi in termini di accuratezza e risorse computazionali. Entrambe le metodologie sono state preliminarmente verificate sfruttando dati artificiali di parametri S (ottenuti da simulazione circuitale di un filtro realistico), e in seguito usando veri dati di misura dei parametri S di un filtro reale. I circuiti equivalenti sono stati validati attraverso simulazioni in ambiente SPICE per applicazioni nel dominio della frequenza, come il calcolo di attenuazioni di inserzione. Alla discussione delle esaustive conclusioni tratte nel dominio della frequenza, seguono alcune considerazioni relative alla possibile estensione nel dominio del tempo.