如何解决便携式产品的电磁干扰问题-设计应用-万丰源电子市场网
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    如何解决便携式产品的电磁干扰问题

    出处:电子发烧友 发布于:2019-08-17 09:59:12 | 421 次阅读

      电子产品越来越轻薄短小,电子零件的集积度也就越来越高,而电源、接地噪声(Noise)与信号(Signal)及其彼此间的耦合(Coupling)现象,也变成了电子产品在设计时,主要而必须克服的关键因素。而这些无论是来自于系统外部,或是来自于系统本身的噪声或信号,对信号间的辐射(Radiation)或传导(ConducTIon)干扰问题,若在30MHz到1GHz的频率范围,就是所谓的电磁干扰(EMI, ElectromagneTIc Interference)问题;当影响到了更高频的无线传播频率区段(RF, Radio Frequency)时,则又称为无线频段干扰(RFI, Radio Frequency Interference)的问题。而在便携式产品中,RFI的问题更严重影响到了产品的通信质量。
      要解决这些烦人的电磁干扰问题,首先从大的方向来分类,可分为信号完整性(SI, Signal Integrity)的问题,以及电源完整性(PI, Power Integrity)的问题。在实务的测量解析上,会使用到近场(Near Field)测量的除错模式(Debug Mode),及远场(Far Field)测量的验证模式。如果对于产品的组件特性及边界条件掌握度够高,也可以用仿真软件(如ANSYS、Keysight、CST.。.等公司所提供的电磁模拟工具)来做模拟验证与预测。若要对产品中各组件在各种运作下的特性进一步了解,还会使用时频(TIme-Frequency)的数值分析方法(如FFT, HHT, enhance-Morlet Transfer.。.等)。在产品的设计实务上,要解决这些问题的手法,不外乎必需使用到滤波(Filter)、移频(Moving Resonant Frequency)、展频(SSC, Spread Spectrum Clock)。..等手法。展频的手法,在现今的科技多已做入了集成电路(IC, Integrated Circuit)中,大多与频率相关的集成电路都会有展频的设计,主要用在解决信号在线的主频能量太强之问题。移频则是一种较笼统的解决方案之说法,主要目的是把有问题的频率极点位置,移开出目前所在意的频段范围。但是如何找到问题率频点,大多只能仰赖仿真工具来找出频率响应(Resonant)点,才能再想对策(如加滤波组件或改变线宽、线长或方向)来重新布局。但是,由前面所提及的解析注意要项中可知,如果对组件特性及边界条件不够完整的情形下,非常容易变成了GIGO(Garbage In Garbage Out)的结果。而使用滤波器则是最为直观且直接的解决手法,当然其中也蕴含有移频的意味存在,然而各种滤波器却有各自的使用方法及限制。
      在解决EMI/RFI问题时,最常使用到的滤波器如图一所示,都是属于低通滤波装置。

    天线(Magnetic Diople Antenna)路径。良好的多层板接地面设计虽然可以降低返回路径的面积,但是如果仅使用不具有减震效果的电容器,再加上在系统内未能设计出良好真实的接地点位置,这样反而会将电源噪声带到了整个接地面,而造成了宽带(Broad Band)噪声。但是,如果使用RC减震器(Snubber),那么就必须要调整RC值到能过滤的频段,这又是另外一项艰难的任务。另一方面,由于主芯片(Main Function Chip)的内部电路设计又会有倍频、除频等需求的设计存在。因此,许多的各种奇、偶倍频小信号能量,就变成了噪声而载波在电源上。再经由系统上的电源及接地设计,而辐射或传导到PCB的各个位置。而在这些繁多集成电路的复杂运作下,又造成这些噪声能量,在主芯片电源接点附近之电压、电流单频信号不再是90度(可用电容或电感降噪)或0度(电阻特性)的相位差。但是单纯的电容或电感的使用下,电压或电流小信号仅能做90度的相位加减。但是,当电压电流相位差不再是90度或0度时,那么使用电容或电感,有时反而使得一些单频噪声更加强,如图四所示是个复杂的迭加(Superposition)效应。

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    关键词:便携式产品

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