便攜式電子設(shè)備的電磁兼容與電磁干擾的解決方法

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隨著當(dāng)代大多數(shù)便攜式電子設(shè)備主處理器的工作主頻跑到幾百兆赫茲以上、接口的數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到Gbps以上、以及設(shè)備小型化設(shè)計(jì)趨勢(shì)導(dǎo)致必須以很高的密度進(jìn)行PCB布線。

    密集排列的快速變化信號(hào)線和數(shù)據(jù)線會(huì)為設(shè)備內(nèi)外的其它電路帶來(lái)電噪音干擾，再加上在特定應(yīng)用場(chǎng)合的靜電和雷電干擾，今天的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師正面臨越來(lái)越嚴(yán)重的電磁干擾和EMC技術(shù)。

    從技術(shù)手段上來(lái)看，目前業(yè)內(nèi)用來(lái)解決電磁干擾和EMC技術(shù)的技術(shù)方法主要有三大類：屏蔽、鐵氧體和被動(dòng)元件。屏蔽方法主要采用金屬板/箔/外殼、鐵氧體吸收板/箔和網(wǎng)格狀金屬外殼來(lái)解決內(nèi)部噪音發(fā)射出去或外部噪音滲透進(jìn)來(lái)；鐵氧體方法主要采用分離型鐵氧體、鐵氧體環(huán)、夾子濾波器和平板型鐵氧體來(lái)吸收噪音并把它轉(zhuǎn)化成熱量散發(fā)出去。被動(dòng)元件方法主要采用以下元件來(lái)解決電磁干擾或EMC技術(shù)：片狀磁珠、片狀電感、片狀電容、貫通型片狀電容、3端濾波器、共模扼流圈或共模濾波器、壓敏電阻或突波吸收器、以及電源線EMC濾波器。目前能提供以上全面解決方案的供應(yīng)商可能只有日本TDK一家，其它供應(yīng)商只能提供以上解決方案的一部分。

    片狀磁珠的主要成分是鐵氧體，他的等效電路可用電感+電阻來(lái)描述，這種元件的特點(diǎn)是在高頻段呈現(xiàn)高阻抗，將它串聯(lián)在高頻信號(hào)或數(shù)據(jù)線上時(shí)，可將這些線路上的高頻噪音轉(zhuǎn)化成熱量散發(fā)掉。

圖1：TDKDisplayPort接口用薄膜共模濾波器TCM1210U-500-2P

    串聯(lián)在線路上的片狀電感的作用是阻擋從線路上傳過來(lái)的高頻噪音，并把它反射回發(fā)生源處。片狀電容接在線路和地之間，它的作用是將高頻噪音旁通到地上。貫通型片狀電容的作用和片狀電容一樣，但它的ESL值更低，因此高頻特點(diǎn)更好。在需要有一定串聯(lián)電阻值（ESR）的幾層陶瓷電容（MLCC）的應(yīng)用場(chǎng)合（如抑制高頻紋波），TDK的MLCC具有很大的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗捎玫男陆Y(jié)構(gòu)允許將ESR設(shè)定在任何你想要的數(shù)值。

    3端濾波器由兩個(gè)電感和一個(gè)電容構(gòu)成，它的特點(diǎn)是有一個(gè)陡峭的衰減曲線。如果使用片狀電感或電容不能減少足夠多的噪音，3端濾波器可能就是一個(gè)很好的選購(gòu)。

    共模扼流圈或共模濾波器都能抑制差分傳輸?shù)男盘?hào)線和數(shù)據(jù)線上的共模噪音，但同時(shí)又不干擾差模信號(hào)。目前TDK公司為對(duì)抗筆記本電腦、視聽設(shè)備及其他電子設(shè)備內(nèi)的高速數(shù)據(jù)傳輸線路的電磁干擾而開發(fā)的共模濾波器ACM2012H-900和TCM1210U-500-2P已將截止頻率（傳送帶域）分別擴(kuò)大到了6GHz和8GHz。TDK株式會(huì)社電子元器件營(yíng)業(yè)部技術(shù)業(yè)務(wù)推進(jìn)部部長(zhǎng)板垣一也表示：“我相信TDK是業(yè)內(nèi)*個(gè)將共模濾波器的截止頻率做到6GHz和8GHz的供應(yīng)商。”

    為了滿足新一代纖薄型高清便攜式電子設(shè)備配備HDMI接口的需要，TDK在ACM2012H的基礎(chǔ)上開發(fā)出了體積僅為其四分之一的HDMI 1.3兼容薄膜共模濾波器TCM1210H，尺寸從ACM2012H的2.0×1.2×1.2mm大幅降低到1.2×1.0×0.6mm，且截止頻率仍做到6GHz。TCM1210H還大幅改善了信號(hào)的抖動(dòng)性能，從而使得用戶能看到更清晰平滑的畫面。

    TCM1210U-500-2P是TDK針對(duì)傳輸速率比HDMI接口標(biāo)準(zhǔn)（2.25Gbps）更高的DisplayPort接口標(biāo)準(zhǔn)（每線速率為2.7Gbps，傳輸速率總和高達(dá)10.8Gbps）而開發(fā)的，這一可抑制DisplayPort接口電磁干擾的寬帶薄膜共模濾波器的截止頻率達(dá)到了8GHz，比現(xiàn)有的HDMI薄膜共模濾波器TCM1210H的截止頻率還高出2GHz，尺寸也相差無(wú)幾，僅為1.25×1.0×0.6mm。該濾波器既能有效地控制噪音，又具有無(wú)損高速差分傳輸線路信號(hào)的優(yōu)異傳輸特點(diǎn)。

    夾子濾波器也是共模濾波器的說(shuō)說(shuō)，它主要在降低交流電源線和設(shè)備之間高速互連數(shù)據(jù)線上的輻射噪音和浪涌噪音。特別地，當(dāng)互連環(huán)路長(zhǎng)度很長(zhǎng)和環(huán)路面積占系統(tǒng)相當(dāng)大一塊時(shí)，互聯(lián)電纜可能會(huì)輻射出去很大的電磁噪音和接收到來(lái)自外部的電磁波。它通常裝在交流電源線靠近電子設(shè)備電源接口的地方，它由兩個(gè)分離型磁珠構(gòu)成的鐵氧體核心組成，無(wú)需切斷任何電纜就可非常容易地裝上去，它對(duì)于那些在付運(yùn)電子設(shè)備前才發(fā)現(xiàn)噪音技術(shù)的制造商而言特別有幫助。

    夾子濾波器還可非常有效地抑制靜電在差分傳輸數(shù)據(jù)線上引發(fā)的共模噪音，此外，壓敏電阻或突波吸收器也在對(duì)抗突然的高電壓沖擊，如靜電等。

    電源線EMC濾波器主要用來(lái)抑制從電氣設(shè)備出來(lái)的噪音和從交流電源線過來(lái)的輸入噪音，它通常串接在電氣設(shè)備里面的交流電源線上。它主要在抑制以下三種噪音：高頻噪音、脈沖噪音和浪涌噪音。高頻噪音主要是開關(guān)電源的開關(guān)頻率和處理器的高速時(shí)鐘頻率等引發(fā)的一些高次諧波成分，它們的電壓幅值比較低，常只有毫伏級(jí)或十幾個(gè)毫伏級(jí)。脈沖噪音是由繼電器和感應(yīng)馬達(dá)的開關(guān)動(dòng)作引起的噪音，它們的電壓幅值比較高，峰值其實(shí)會(huì)達(dá)到幾千伏。浪涌噪音由照明燈管放電感應(yīng)到交流電源線上的噪音，這類噪音的電壓和電流都非常高，峰值其實(shí)會(huì)達(dá)到幾十千伏。