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    [導讀]電磁干擾 (EMI) 是所有電氣和電子電路中的一個問題。這個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;以及針對汽車、醫療、植入式和空間應用的特定 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 (EMI) 是所有電氣和電子電路中的一個問題。這個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;以及針對汽車、醫療、植入式和空間應用的特定 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問題。一些電路會發出噪聲,而另一些則易受噪聲影響,而另一些電路會發出噪聲并受噪聲影響。那么,您如何知道您的設計是否發出過多的噪音?政府機構,例如美國的聯邦通信委員會 (FCC),制定了規定電氣和電子系統允許輻射多少噪聲的標準,并要求在批準上市前提供合規證明。

    為確保符合 EMI 標準,在申請政府批準之前,可以將設計提交給獨立的測試實驗室或由設計人員進行內部測試。如果系統的噪聲發射高于既定限值(通常以 μV/m 為單位測量),則可能必須重新考慮整個設計。

    然而,幸運的是,有幾種有效的方法可以抑制輻射系統噪聲。一種選擇是將您的系統保護在一個金屬盒中,這樣就沒有任何東西進出。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,因為即使是屏蔽層中最小的間隙也會允許無線電波進出。另一個更有效的選擇是實施 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備來濾除電路中的高頻噪聲。如果并聯(相對于地),處于自諧振頻率 (SRF) 的電容器會短路,這很有用,因為頻率在電容器 SRF 范圍內的任何能量都會被衰減。因此,對于商業、工業和汽車應用,電容器通常用作有效的 EMI 濾波器。

    不過,更關鍵/高可靠性的應用(如醫療、太空和航空航天應用)可能需要更專業的過濾器。通常,在實施 EMI 濾波時,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。

    標準多層陶瓷電容器 (MLCC) 最常用于 EMI 濾波應用,因為它們通常是最便宜的設備并且提供相對良好的濾波。然而,與其他可用的 EMI 濾波技術相比,它們往往會濾除相對較窄的頻帶。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 進行比較。)

    圖1


    不要讓EMI 噪聲成為我們的問題

    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)。由于其結構,饋通電容器的并聯電感比標準 MLCC 低,這有助于拓寬其濾波帶寬,同時具有更高的串聯電感,可進一步衰減高頻噪聲信號(圖 2a 和圖 2b)。

    圖 2a


    不要讓EMI 噪聲成為我們的問題

    饋通電容器示意圖與標準 SMT 電容器示意圖。

    圖 2b


    不要讓EMI 噪聲成為我們的問題

    饋通電容器器件模型與標準 SMT 電容器器件模型。

    此外,作為 EMI 濾波設備技術的一項有趣的新發展,TransFeed 多層壓敏電阻不僅可以過濾不需要的噪聲,還可以保護電路免受通常是靜電放電原因的破壞性瞬態電壓的影響。TransFeed 多層壓敏電阻具有與饋通電容器類似的結構,其電介質包含氧化鋅顆粒,當電壓尖峰出現在它們連接的線路上時,這些顆粒會導電。

    使用 TransFeed 多層壓敏電阻代替標準饋通電容器或 MLCC 的主要優點是,它們通過將瞬態抑制器集成到饋通電容器的 T 型濾波器設計中,顯著減少了組件數量,從而提供了饋通電容器的濾波能力。獨立 TVS 器件(如多層壓敏電阻或 TVS 二極管)的瞬態電壓抑制 (TVS) 能力。參見圖 3a 和圖 3b。

    圖 3a


    不要讓EMI 噪聲成為我們的問題

    饋通壓敏電阻示意圖

    圖 3b


    不要讓EMI 噪聲成為我們的問題

    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用,但必須符合 AEC-Q200 標準,這是許多電容器制造商提供的常見汽車認證?;蛘?,醫療、太空和航空航天應用需要使用更復雜、更強大的 EMI 濾波器,以滿足這些更關鍵應用的高安全性和性能標準。然而,幸運的是,存在幾種用于關鍵應用中濾波的電路和物理拓撲,并將在以后的文章中詳細介紹。


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