實現(xiàn)卓越產(chǎn)品性能的EMI抑制設(shè)計

傳統(tǒng)上，電磁吸收材料常被用來幫助通過EMC測試，但在有經(jīng)驗的設(shè)計人員手中，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市場之前都必須通過適用的EMC測試。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)計目標，這樣通常就比較理想。有許多方法都可以采用——從運用已知的最佳實踐到使用EMC仿真器（如果有的話），以及在公司內(nèi)部或與專業(yè)合作伙伴一起進行EMC預(yù)測試。

然而，盡管計劃非常周到，但在經(jīng)正規(guī)測試機構(gòu)進行強制性測試時，可能會出現(xiàn)事與愿違的情況。這時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，都會付出昂貴代價并會導致產(chǎn)生延誤。典型的方法包括在已知故障點設(shè)置額外的低通濾波器（通常是使用鐵氧體磁珠），從而減少傳導干擾，或引入屏蔽，從而阻止輻射發(fā)射或保護敏感元器件。

作為一種替代方案，復合磁性材料是以柔性片材的形式供貨，這樣就可以對其進行修剪和成型而在特定位置阻擋EMI信號。這種噪聲抑制片（NSS）材料具有各種磁導率等級，這樣設(shè)計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材料相對易于使用，并可繞過定制設(shè)計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，必須在最終組裝期間將其粘合或擰緊到位。或許很少有人知道，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放置在問題點而作為干擾出現(xiàn)時的應(yīng)對策略，只是這種材料可供運用的眾多方式之一。如果在早期階段就將NSS設(shè)計到產(chǎn)品當中的話，還可使其成為有價值且強大的戰(zhàn)略伙伴。除了可幫助確保滿足EMC一致性以外，它還可用于增強系統(tǒng)性能的各個方面，例如能效和ESD耐受能力。

對NSS的結(jié)構(gòu)和特性進行檢查，可幫助設(shè)計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是一種將微米級磁性材料粉末混合到聚合物基體中而制成的復合磁性材料，如圖2所示。

圖2 NSS詳細信息

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

用數(shù)學表示即為：

μ = μ' - j μ''

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

圖3 NSS材料的復數(shù)磁導率

通過仔細控制這些特性，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)衰減噪聲信號和維持磁通量（圖4）?？梢詫⑺糜趶南M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實現(xiàn)噪聲吸收

如果想要在任何電子設(shè)計項目開始時就正確考慮EMC設(shè)計，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（例如屏幕或揚聲器孔）的信號反射，以及從IC或電纜輻射的噪聲。在多PCB板的組裝中，防止基板之間的串擾也很重要。在電路中的多個點放置濾波器，以及引入屏蔽，從而處理各種噪聲信號，都會使設(shè)計復雜化并使材料清單增加?；蛘?，采用一個或多個單獨的NSS，則可以更快、更簡單、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降低移動設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點和網(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?。通過這種方式，有效使用NSS可降低RF發(fā)射器的功率要求并簡化接收器設(shè)計，從而提供市場優(yōu)勢，例如降低總功耗、延長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保護電路免受靜電放電（ESD）的影響，從而避免導致系統(tǒng)元器件（如控制器和線路驅(qū)動器）發(fā)生故障。

圖6 NSS在ESD保護中的作用

優(yōu)化μ'，實現(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)計人員可通過增強無線輸電（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簽時的電磁能量耦合。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天線前面的磁場。

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)生效果的一個例子，使用針對ISO1444/1443 RFID規(guī)范中標準化的13.56MHz頻率進行優(yōu)化的NSS材料，閱讀器激活標簽的距離可增加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現(xiàn)器件集成。它不僅可以在發(fā)生EMC失效事件時作為緊急附加元件，還可以有效地支持EMC設(shè)計中的最佳實踐，以及實現(xiàn)各種信號完整性作用，從而提高系統(tǒng)性能，特別是在對功耗敏感的無線設(shè)備中。通過利用通量整形特性，設(shè)計人員還可以利用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，從而最終向市場提供小巧、優(yōu)雅、使用令人滿意并且經(jīng)濟實惠的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。