不要让EMI 噪声成为我们的问题

电磁干扰 (EMI) 是所有电气和电子电路中的一个问题。这个由六部分组成的系列将讨论用于减轻 EMI 噪声排放的可用组件解决方案;如何使您的电路不易受 EMI 影响;以及针对汽车、医疗、植入式和空间应用的特定 EMI 考虑因素。在第一篇文章中，我将介绍 EMI 以及用于降低 EMI 噪声排放的可用组件解决方案。

电磁干扰——通常由源、路径和受害者组成——是所有电气和电子电路中的一个问题。一些电路会发出噪声，而另一些则易受噪声影响，而另一些电路会发出噪声并受噪声影响。那么，您如何知道您的设计是否发出过多的噪音?政府机构，例如美国的联邦通信委员会 (FCC)，制定了规定电气和电子系统允许辐射多少噪声的标准，并要求在批准上市前提供合规证明。

为确保符合 EMI 标准，在申请政府批准之前，可以将设计提交给独立的测试实验室或由设计人员进行内部测试。如果系统的噪声发射高于既定限值(通常以 µV/m 为单位测量)，则可能必须重新考虑整个设计。

然而，幸运的是，有几种有效的方法可以抑制辐射系统噪声。一种选择是将您的系统保护在一个金属盒中，这样就没有任何东西进出。但是，这种方法通常成本高昂，并且可能并不总是像希望的那样有效，因为即使是屏蔽层中最小的间隙也会允许无线电波进出。另一个更有效的选择是实施 EMI 滤波。

EMI 滤波要求您使用电容器、电感器或两者的组合等设备来滤除电路中的高频噪声。如果并联(相对于地)，处于自谐振频率 (SRF) 的电容器会短路，这很有用，因为频率在电容器 SRF 范围内的任何能量都会被衰减。因此，对于商业、工业和汽车应用，电容器通常用作有效的 EMI 滤波器。

不过，更关键/高可靠性的应用(如医疗、太空和航空航天应用)可能需要更专业的过滤器。通常，在实施 EMI 滤波时，您需要选择具有足够高 SRF 和足够衰减噪声频率的电容器来滤除噪声。

标准多层陶瓷电容器 (MLCC) 最常用于 EMI 滤波应用，因为它们通常是最便宜的设备并且提供相对良好的滤波。然而，与其他可用的 EMI 滤波技术相比，它们往往会滤除相对较窄的频带。例如，表面贴装馈通电容器已被证明可以显着提高滤波带宽和衰减。(参见下面的图 1 进行比较。)

图1

100 pF 馈通电容器与 100 pF SMT 电容器 S21 比较。

馈通电容器是串联连接到被滤波线路的三端子器件，中间端子接地(图 2a)。由于其结构，馈通电容器的并联电感比标准 MLCC 低，这有助于拓宽其滤波带宽，同时具有更高的串联电感，可进一步衰减高频噪声信号(图 2a 和图 2b)。

图 2a

馈通电容器示意图与标准 SMT 电容器示意图。

图 2b

馈通电容器器件模型与标准 SMT 电容器器件模型。

此外，作为 EMI 滤波设备技术的一项有趣的新发展，TransFeed 多层压敏电阻不仅可以过滤不需要的噪声，还可以保护电路免受通常是静电放电原因的破坏性瞬态电压的影响。TransFeed 多层压敏电阻具有与馈通电容器类似的结构，其电介质包含氧化锌颗粒，当电压尖峰出现在它们连接的线路上时，这些颗粒会导电。

使用 TransFeed 多层压敏电阻代替标准馈通电容器或 MLCC 的主要优点是，它们通过将瞬态抑制器集成到馈通电容器的 T 型滤波器设计中，显着减少了组件数量，从而提供了馈通电容器的滤波能力。独立 TVS 器件(如多层压敏电阻或 TVS 二极管)的瞬态电压抑制 (TVS) 能力。参见图 3a 和图 3b。

图 3a

馈通压敏电阻示意图

图 3b

馈通压敏电阻器件模型。

所有上述滤波解决方案(MLCC、馈通电容器和 TransFeed 压敏电阻)都非常适合用于汽车应用，但必须符合 AEC-Q200 标准，这是许多电容器制造商提供的常见汽车认证。或者，医疗、太空和航空航天应用需要使用更复杂、更强大的 EMI 滤波器，以满足这些更关键应用的高安全性和性能标准。然而，幸运的是，存在几种用于关键应用中滤波的电路和物理拓扑，并将在以后的文章中详细介绍。