可攜式產(chǎn)品電磁干擾濾波解決方案

電子產(chǎn)品越來越輕薄短小，電子零件的集積度也就越來越高，而電源、接地噪聲（Noise）與訊號(hào)（Signal）及其彼此間的耦合（Coupling）現(xiàn) 象，也變成了電子產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)，主要而必須克服的關(guān)鍵因素。
　　而這些無論是來自于系統(tǒng)外部，或是來自于系統(tǒng)本身的噪聲或訊號(hào)，對訊號(hào)間的輻射 （Radiation）或傳導(dǎo)（Conduction）干擾問題，若在30MHz到1GHz的頻率范圍，就是所謂的電磁干擾（EMI， Electromagnetic Interference）問題；當(dāng)影響到了更高頻的無線傳播頻率區(qū)段（RF， Radio Frequency）時(shí)，則又稱為無線頻段干擾（RFI， Radio Frequency Interference）的問題。而在可攜式產(chǎn)品中，RFI的問題更嚴(yán)重影響到了產(chǎn)品的通訊質(zhì)量。
　　要解決這些煩人的電磁干擾問題，首先從大的方向來分類，可分為訊號(hào)完整性（SI， Signal Integrity）的問題，以及電源完整性（PI， Power Integrity）的問題。在實(shí)務(wù)的量測解析上，會(huì)使用到近場（Near Field）量測的除錯(cuò)模式（Debug Mode），及遠(yuǎn)場（Far Field）量測的驗(yàn)證模式。如果對于產(chǎn)品的組件特性及邊界條件掌握度夠高，也可以用仿真軟件（如ANSYS、Keysight、CST.。.等公司所提 供的電磁模擬工具）來做模擬驗(yàn)證與預(yù)測。若要對產(chǎn)品中各組件在各種運(yùn)作下的特性進(jìn)一步了解，還會(huì)使用時(shí)頻（Time-Frequency）的數(shù)值分析方法 （如FFT， HHT， enhance-Morlet Transfer.。.等）。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)實(shí)務(wù)上，要解決這些問題的手法，不外乎必需使用到濾波（Filter）、移頻（Moving Resonant Frequency）、展頻（SSC， Spread Spectrum Clock）。..等手法。
　　展頻的手法，在現(xiàn)今的科技多已做入了集成電路（IC， Integrated Circuit）中，大多與頻率相關(guān)的集成電路都會(huì)有展頻的設(shè)計(jì)，主要用在解決訊號(hào)在線的主頻能量太強(qiáng)之問題。移頻則是一種較籠統(tǒng)的解決方案之說法，主要 目的是把有問題的頻率極點(diǎn)位置，移開出目前所在意的頻段范圍。但是如何找到問題率頻點(diǎn)，大多只能仰賴仿真工具來找出頻率響應(yīng)（Resonant）點(diǎn)，才能 再想對策（如加濾波組件或改變線寬、線長或方向）來重新布局。但是，由前面所提及的解析注意要項(xiàng)中可知，如果對組件特性及邊界條件不夠完整的情形下，非常 容易變成了GIGO（Garbage In Garbage Out）的結(jié)果。而使用濾波器則是最為直觀且直接的解決手法，當(dāng)然其中也蘊(yùn)含有移頻的意味存在，然而各種濾波器卻有各自的使用方法及限制。
　　在解決EMI/RFI問題時(shí)，最常使用到的濾波器如圖一所示，都是屬于低通濾波裝置。其中π型濾波器（π-Model Filter）是最有效率而簡單的濾波裝置，一般常用的整合性產(chǎn)品又分為CLC及CRC兩種類型，如圖二所示。
　　
　　
　　CLC濾波裝置可以選擇對主頻率衰減影響最 小為考慮，其最主要是用在當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部的訊號(hào)在做傳遞時(shí)，當(dāng)只需要對其高頻的倍頻諧波（Homonic）做濾波處理時(shí)，能使主頻能量盡量保持原大小，而將高 頻訊號(hào)濾除。而CRC類型的濾波器，則主要會(huì)使用在系統(tǒng)的接口端，可以具有能選擇較佳阻抗匹配（Impedance Match）的特性，有效降低因?yàn)樽杩共黄ヅ渌斐傻亩胃蓴_問題。
　　無論那種濾波裝置，要考慮濾掉的頻率能量是多或是少，還必需考慮訊號(hào)的傾斜 （Skew）及抖動(dòng)（Jitter）問題來做決定，因此不一定是把所有的高頻訊號(hào)濾掉越多才會(huì)越好，有許多時(shí)候適當(dāng)?shù)谋Ａ?倍頻及5倍頻甚至7倍頻訊號(hào)能 量，會(huì)使得眼圖（Eye Diagram）更佳。然而，在差動(dòng)訊號(hào)（Differential Signal）的處理上，正端與負(fù)端的訊號(hào)必需相位差180度的完整訊號(hào)才能得到最佳的眼圖。而來自電源及地端的偶數(shù)倍頻諧波或是共模噪聲 （Common-Mode Noise）都會(huì)造成差動(dòng)訊號(hào)的失真，參考圖三中左側(cè)的訊號(hào)。