不要讓EMI 噪聲成為我們的問題

電磁干擾 (EMI) 是所有電氣和電子電路中的一個(gè)問題。這個(gè)由六部分組成的系列將討論用于減輕 EMI 噪聲排放的可用組件解決方案;如何使您的電路不易受 EMI 影響;以及針對(duì)汽車、醫(yī)療、植入式和空間應(yīng)用的特定 EMI 考慮因素。在第一篇文章中，我將介紹 EMI 以及用于降低 EMI 噪聲排放的可用組件解決方案。

電磁干擾——通常由源、路徑和受害者組成——是所有電氣和電子電路中的一個(gè)問題。一些電路會(huì)發(fā)出噪聲，而另一些則易受噪聲影響，而另一些電路會(huì)發(fā)出噪聲并受噪聲影響。那么，您如何知道您的設(shè)計(jì)是否發(fā)出過多的噪音?政府機(jī)構(gòu)，例如美國(guó)的聯(lián)邦通信委員會(huì) (FCC)，制定了規(guī)定電氣和電子系統(tǒng)允許輻射多少噪聲的標(biāo)準(zhǔn)，并要求在批準(zhǔn)上市前提供合規(guī)證明。

為確保符合 EMI 標(biāo)準(zhǔn)，在申請(qǐng)政府批準(zhǔn)之前，可以將設(shè)計(jì)提交給獨(dú)立的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室或由設(shè)計(jì)人員進(jìn)行內(nèi)部測(cè)試。如果系統(tǒng)的噪聲發(fā)射高于既定限值(通常以 μV/m 為單位測(cè)量)，則可能必須重新考慮整個(gè)設(shè)計(jì)。

然而，幸運(yùn)的是，有幾種有效的方法可以抑制輻射系統(tǒng)噪聲。一種選擇是將您的系統(tǒng)保護(hù)在一個(gè)金屬盒中，這樣就沒有任何東西進(jìn)出。但是，這種方法通常成本高昂，并且可能并不總是像希望的那樣有效，因?yàn)榧词故瞧帘螌又凶钚〉拈g隙也會(huì)允許無線電波進(jìn)出。另一個(gè)更有效的選擇是實(shí)施 EMI 濾波。

EMI 濾波要求您使用電容器、電感器或兩者的組合等設(shè)備來濾除電路中的高頻噪聲。如果并聯(lián)(相對(duì)于地)，處于自諧振頻率 (SRF) 的電容器會(huì)短路，這很有用，因?yàn)轭l率在電容器 SRF 范圍內(nèi)的任何能量都會(huì)被衰減。因此，對(duì)于商業(yè)、工業(yè)和汽車應(yīng)用，電容器通常用作有效的 EMI 濾波器。

不過，更關(guān)鍵/高可靠性的應(yīng)用(如醫(yī)療、太空和航空航天應(yīng)用)可能需要更專業(yè)的過濾器。通常，在實(shí)施 EMI 濾波時(shí)，您需要選擇具有足夠高 SRF 和足夠衰減噪聲頻率的電容器來濾除噪聲。

標(biāo)準(zhǔn)多層陶瓷電容器 (MLCC) 最常用于 EMI 濾波應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兺ǔＪ亲畋阋说脑O(shè)備并且提供相對(duì)良好的濾波。然而，與其他可用的 EMI 濾波技術(shù)相比，它們往往會(huì)濾除相對(duì)較窄的頻帶。例如，表面貼裝饋通電容器已被證明可以顯著提高濾波帶寬和衰減。(參見下面的圖 1 進(jìn)行比較。)

圖1

100 pF 饋通電容器與 100 pF SMT 電容器 S21 比較。

饋通電容器是串聯(lián)連接到被濾波線路的三端子器件，中間端子接地(圖 2a)。由于其結(jié)構(gòu)，饋通電容器的并聯(lián)電感比標(biāo)準(zhǔn) MLCC 低，這有助于拓寬其濾波帶寬，同時(shí)具有更高的串聯(lián)電感，可進(jìn)一步衰減高頻噪聲信號(hào)(圖 2a 和圖 2b)。

圖 2a

饋通電容器示意圖與標(biāo)準(zhǔn) SMT 電容器示意圖。

圖 2b

饋通電容器器件模型與標(biāo)準(zhǔn) SMT 電容器器件模型。

此外，作為 EMI 濾波設(shè)備技術(shù)的一項(xiàng)有趣的新發(fā)展，TransFeed 多層壓敏電阻不僅可以過濾不需要的噪聲，還可以保護(hù)電路免受通常是靜電放電原因的破壞性瞬態(tài)電壓的影響。TransFeed 多層壓敏電阻具有與饋通電容器類似的結(jié)構(gòu)，其電介質(zhì)包含氧化鋅顆粒，當(dāng)電壓尖峰出現(xiàn)在它們連接的線路上時(shí)，這些顆粒會(huì)導(dǎo)電。

使用 TransFeed 多層壓敏電阻代替標(biāo)準(zhǔn)饋通電容器或 MLCC 的主要優(yōu)點(diǎn)是，它們通過將瞬態(tài)抑制器集成到饋通電容器的 T 型濾波器設(shè)計(jì)中，顯著減少了組件數(shù)量，從而提供了饋通電容器的濾波能力。獨(dú)立 TVS 器件(如多層壓敏電阻或 TVS 二極管)的瞬態(tài)電壓抑制 (TVS) 能力。參見圖 3a 和圖 3b。

圖 3a

饋通壓敏電阻示意圖

圖 3b

饋通壓敏電阻器件模型。

所有上述濾波解決方案(MLCC、饋通電容器和 TransFeed 壓敏電阻)都非常適合用于汽車應(yīng)用，但必須符合 AEC-Q200 標(biāo)準(zhǔn)，這是許多電容器制造商提供的常見汽車認(rèn)證?；蛘?，醫(yī)療、太空和航空航天應(yīng)用需要使用更復(fù)雜、更強(qiáng)大的 EMI 濾波器，以滿足這些更關(guān)鍵應(yīng)用的高安全性和性能標(biāo)準(zhǔn)。然而，幸運(yùn)的是，存在幾種用于關(guān)鍵應(yīng)用中濾波的電路和物理拓?fù)?，并將在以后的文章中詳?xì)介紹。