当代便携式电子设备的EMI和EMC对策

摘要：  随着当代大多数便携式电子设备主处理器的工作主频跑到几百兆赫兹以上、接口的数据传输速率达到Gbps以上、以及设备小型化设计趋势导致必须以很高的密度进行PCB布线。

关键字：  便携式电子设备，  处理器，  滤波器，  解决方案，  电源

随着当代大多数便携式电子设备主处理器的工作主频跑到几百兆赫兹以上、接口的数据传输速率达到Gbps以上、以及设备小型化设计趋势导致必须以很高的密度进行PCB布线。

密集排列的快速变化信号线和数据线会为设备内外的其它电路带来电噪音干扰，再加上在特定应用场合的静电和雷电干扰，今天的系统设计工程师正面临越来越严重的EMI和EMC问题。

从技术手段上来看，目前业内用来解决EMI和EMC问题的技术方法主要有三大类：屏蔽、铁氧体和被动元件。屏蔽方法主要采用金属板/箔/外壳、铁氧体吸收板/箔和网格状金属外壳来解决内部噪音发射出去或外部噪音渗透进来;铁氧体方法主要采用分离型铁氧体、铁氧体环、夹子滤波器和平板型铁氧体来吸收噪音并把它转化成热量散发出去。被动元件方法主要采用以下元件来解决EMI或EMC问题：片状磁珠、片状电感、片状电容、贯通型片状电容、3端滤波器、共模扼流圈或共模滤波器、压敏电阻或突波吸收器、以及电源线EMC滤波器。目前能提供以上全面解决方案的供应商可能只有日本TDK一家，其它供应商只能提供以上解决方案的一部分。

片状磁珠的主要成分是铁氧体，他的等效电路可用电感+电阻来描述，这种元件的特性是在高频段呈现高阻抗，将它串联在高频信号或数据线上时，可将这些线路上的高频噪音转化成热量散发掉。

图1：TDK首款DisplayPort接口用薄膜共模滤波器TCM1210U-500-2P

串联在线路上的片状电感的作用是阻挡从线路上传过来的高频噪音，并把它反射回发生源处。片状电容接在线路与地之间，它的作用是将高频噪音旁通到地上。贯通型片状电容的作用与片状电容一样，但它的ESL值更低，因此高频特性更好。在需要有一定串联电阻值(ESR)的多层陶瓷电容(MLCC)的应用场合(如抑制高频纹波)，TDK的MLCC具有很大的优势，因为它采用的新结构允许将ESR设定在任何你想要的数值。

3端滤波器由两个电感和一个电容构成，它的特性是有一个陡峭的衰减曲线。如果使用片状电感或电容不能减少足够多的噪音，3端滤波器可能就是一个很好的选择。

共模扼流圈或共模滤波器都能抑制差分传输的信号线和数据线上的共模噪音，但同时又不影响差模信号。目前TDK公司为对抗笔记本电脑、视听设备及其他电子设备内的高速数据传输线路的电磁干扰而开发的共模滤波器ACM2012H-900和TCM1210U-500-2P已将截止频率(传送带域)分别扩大到了6GHz和8GHz。TDK株式会社电子元器件营业部技术业务推进部部长板垣一也表示：“我相信TDK是业内第一个将共模滤波器的截止频率做到6GHz和8GHz的供应商。”

为了满足新一代纤薄型高清便携式电子设备配备HDMI接口的需要，TDK在ACM2012H的基础上开发出了体积仅为其四分之一的HDMI 1.3兼容薄膜共模滤波器TCM1210H，尺寸从ACM2012H的2.0×1.2×1.2mm大幅降低到1.2×1.0×0.6mm，且截止频率仍做到6GHz。TCM1210H还大幅改善了信号的抖动性能，从而使得用户能看到更清晰平滑的画面。

TCM1210U-500-2P是TDK针对传输速率比HDMI接口标准(2.25Gbps)更高的DisplayPort接口标准(每线速率为2.7Gbps，传输速率总和高达10.8Gbps)而开发的，这一可抑制DisplayPort接口电磁干扰的宽带薄膜共模滤波器的截止频率达到了8GHz，比现有的HDMI薄膜共模滤波器TCM1210H的截止频率还高出2GHz，尺寸也相差无几，仅为1.25×1.0×0.6mm。该滤波器既能有效地控制噪音，又具有无损高速差分传输线路信号的优异传输特性。

夹子滤波器也是共模滤波器的一种，它主要用于降低交流电源线和设备之间高速互连数据线上的辐射噪音和浪涌噪音。特别地，当互连环路长度很长和环路面积占系统相当大一块时，互联电缆可能会辐射出去很大的电磁噪音和接收到来自外部的电磁波。它通常装在交流电源线靠近电子设备电源接口的地方，它由两个分离型磁珠构成的铁氧体核心组成，无需切断任何电缆就可非常容易地装上去，它对于那些在付运电子设备前才发现噪音问题的制造商而言特别有帮助。

夹子滤波器还可非常有效地抑制静电在差分传输数据线上引发的共模噪音，此外，压敏电阻或突波吸收器也用于对抗突然的高电压冲击，如静电等。

电源线EMC滤波器主要用来抑制从电气设备出来的噪音和从交流电源线过来的输入噪音，它通常串接在电气设备里面的交流电源线上。它主要用于抑制以下三种噪音：高频噪音、脉冲噪音和浪涌噪音。高频噪音主要是开关电源的开关频率和处理器的高速时钟频率等引发的一些高次谐波成分，它们的电压幅值比较低，常只有毫伏级或十几个毫伏级。脉冲噪音是由继电器和感应马达的开关动作引起的噪音，它们的电压幅值比较高，峰值有时会达到几千伏。浪涌噪音由照明灯管放电感应到交流电源线上的噪音，这类噪音的电压和电流都非常高，峰值有时会达到几十千伏。