實(shí)現(xiàn)卓越產(chǎn)品性能的EMI抑制設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)上，電磁吸收材料常被用來幫助通過EMC測(cè)試，但在有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員手中，還可以用來為從小型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備到RFID和無線功率傳輸（WPT）系統(tǒng)等應(yīng)用提高性能和效率。

EMC一致性

任何電子產(chǎn)品在被投放到其目標(biāo)市場(chǎng)之前都必須通過適用的EMC測(cè)試。如果想要防患于未然的話，那么從開發(fā)的早期階段就應(yīng)把一致性作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，這樣通常就比較理想。有許多方法都可以采用——從運(yùn)用已知的最佳實(shí)踐到使用EMC仿真器（如果有的話），以及在公司內(nèi)部或與專業(yè)合作伙伴一起進(jìn)行EMC預(yù)測(cè)試。

然而，盡管計(jì)劃非常周到，但在經(jīng)正規(guī)測(cè)試機(jī)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)制性測(cè)試時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)事與愿違的情況。這時(shí)就需要快速提供一種解決方案——在這種后期開發(fā)階段，任何重大的重新設(shè)計(jì)，都會(huì)付出昂貴代價(jià)并會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生延誤。典型的方法包括在已知故障點(diǎn)設(shè)置額外的低通濾波器（通常是使用鐵氧體磁珠），從而減少傳導(dǎo)干擾，或引入屏蔽，從而阻止輻射發(fā)射或保護(hù)敏感元器件。

作為一種替代方案，復(fù)合磁性材料是以柔性片材的形式供貨，這樣就可以對(duì)其進(jìn)行修剪和成型而在特定位置阻擋EMI信號(hào)。這種噪聲抑制片（NSS）材料具有各種磁導(dǎo)率等級(jí)，這樣設(shè)計(jì)人員就可通過選擇合適的值和合適的厚度來衰減給定頻段內(nèi)的干擾。這種材料可切割成合適的尺寸，并使用自粘背襯作為屏蔽層使用。

NSS材料相對(duì)易于使用，并可繞過定制設(shè)計(jì)和制造過程中所常遇到的挑戰(zhàn)，那就是制造金屬屏蔽層時(shí)，必須在最終組裝期間將其粘合或擰緊到位?；蛟S很少有人知道，NSS可以圍繞電線（例如電源線）制作，也即可以將其纏繞在電纜上，并使用方便且便于生產(chǎn)的熱縮套管輕松將其固定或放置到外層護(hù)套之下，從而作為鐵氧體磁珠和磁芯的優(yōu)雅替代品（圖1）。

圖1 用NSS來衰減來自元器件和電纜的EMI

然而，將NSS放置在問題點(diǎn)而作為干擾出現(xiàn)時(shí)的應(yīng)對(duì)策略，只是這種材料可供運(yùn)用的眾多方式之一。如果在早期階段就將NSS設(shè)計(jì)到產(chǎn)品當(dāng)中的話，還可使其成為有價(jià)值且強(qiáng)大的戰(zhàn)略伙伴。除了可幫助確保滿足EMC一致性以外，它還可用于增強(qiáng)系統(tǒng)性能的各個(gè)方面，例如能效和ESD耐受能力。

對(duì)NSS的結(jié)構(gòu)和特性進(jìn)行檢查，可幫助設(shè)計(jì)人員了解其多功能性以及廣泛的潛在應(yīng)用。

NSS組成和特性

NSS是一種將微米級(jí)磁性材料粉末混合到聚合物基體中而制成的復(fù)合磁性材料，如圖2所示。

圖2 NSS詳細(xì)信息

這種材料具有復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率（μ），也即它包括兩個(gè)分量：μ'和μ''。μ'的值決定了材料對(duì)磁通量的支持程度，而μ''表示噪聲吸收效果。

用數(shù)學(xué)表示即為：

μ = μ' - j μ''

μ'和μ''分別類似于電感和電阻兩種特性。隨著信號(hào)頻率的增加，μ'達(dá)到閾值并開始迅速下降，而μ''則會(huì)上升，如圖3所示。

圖3 NSS材料的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率

通過仔細(xì)控制這些特性，基美電子（KEMET）創(chuàng)建了FLEX SUPPRESSOR^? NSS系列產(chǎn)品，這種產(chǎn)品具有多種特性，可以用來在1MHz至40GHz的各種頻段內(nèi)衰減噪聲信號(hào)和維持磁通量（圖4）?？梢詫⑺糜趶南M(fèi)電子和汽車信息娛樂到超高頻（SHF）設(shè)備（如5G基礎(chǔ)設(shè)施）的各種應(yīng)用。

圖4 NSS材料可用來衰減各種頻率范圍內(nèi)的有害噪聲

用NSS實(shí)現(xiàn)噪聲吸收

如果想要在任何電子設(shè)計(jì)項(xiàng)目開始時(shí)就正確考慮EMC設(shè)計(jì)，那么從一開始就可以將NSS視為解決方案的一部分。此外，除了防止與附近設(shè)備發(fā)生不必要的交互外，防止系統(tǒng)干擾自身也很重要。

任何系統(tǒng)都可能包含許多干擾源，例如來自外殼內(nèi)部或開口（例如屏幕或揚(yáng)聲器孔）的信號(hào)反射，以及從IC或電纜輻射的噪聲。在多PCB板的組裝中，防止基板之間的串?dāng)_也很重要。在電路中的多個(gè)點(diǎn)放置濾波器，以及引入屏蔽，從而處理各種噪聲信號(hào)，都會(huì)使設(shè)計(jì)復(fù)雜化并使材料清單增加?；蛘?，采用一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的NSS，則可以更快、更簡(jiǎn)單、更智能。這樣就不需要占用電路板空間、接地或焊接元器件，例如LC濾波器。

如圖5所示，可使用NSS降低移動(dòng)設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)以及遙控器等無線設(shè)備中接收器電路的靈敏度，從而確?？煽康耐ㄐ藕妥罴逊秶Ｍㄟ^這種方式，有效使用NSS可降低RF發(fā)射器的功率要求并簡(jiǎn)化接收器設(shè)計(jì)，從而提供市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，例如降低總功耗、延長(zhǎng)電池壽命以及降低尺寸。

圖5 使用NSS降低RF接收器的靈敏度

此外，如圖6所示，可使用NSS保護(hù)電路免受靜電放電（ESD）的影響，從而避免導(dǎo)致系統(tǒng)元器件（如控制器和線路驅(qū)動(dòng)器）發(fā)生故障。

圖6 NSS在ESD保護(hù)中的作用

優(yōu)化μ'，實(shí)現(xiàn)磁通整形

NSS配方（例如FLEX SUPPRESSOR EFW系列）已經(jīng)過優(yōu)化，據(jù)此就可增強(qiáng)發(fā)射器和接收器之間的電磁耦合，如圖7所示。因此，設(shè)計(jì)人員可通過增強(qiáng)無線輸電（WPT）系統(tǒng)的性能，確保更快的充電，從而提高用戶滿意度，并提高能源效率，從而降低總擁有成本。

圖7 仔細(xì)放置NSS可提高WPT效率

FLEX SUPPRESSOR還可以有效地用于RFID系統(tǒng)，從而改善閱讀器激活附近標(biāo)簽時(shí)的電磁能量耦合。如圖8所示，將NSS直接放置在閱讀器天線材料之后，可降低輻射能量，否則就需要使用更多的能量來加強(qiáng)天線前面的磁場(chǎng)。

圖8 將NSS調(diào)諧到13.56MHz，可優(yōu)化RFID閱讀器的性能

作為產(chǎn)生效果的一個(gè)例子，使用針對(duì)ISO1444/1443 RFID規(guī)范中標(biāo)準(zhǔn)化的13.56MHz頻率進(jìn)行優(yōu)化的NSS材料，閱讀器激活標(biāo)簽的距離可增加85mm，或接近300%，從45mm到130mm。

總結(jié)

NSS材料（例如FLEX SUPPRESSOR系列）可通過多種方式有效地用于實(shí)現(xiàn)器件集成。它不僅可以在發(fā)生EMC失效事件時(shí)作為緊急附加元件，還可以有效地支持EMC設(shè)計(jì)中的最佳實(shí)踐，以及實(shí)現(xiàn)各種信號(hào)完整性作用，從而提高系統(tǒng)性能，特別是在對(duì)功耗敏感的無線設(shè)備中。通過利用通量整形特性，設(shè)計(jì)人員還可以利用NSS來提高無線輸電的效率并最大限度地提高RFID讀取器的性能，從而最終向市場(chǎng)提供小巧、優(yōu)雅、使用令人滿意并且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。