噪聲抑制片有利于 EMI 控制設(shè)計(jì)

任何電子產(chǎn)品都必須通過(guò)適用的電磁兼容性 (EMC) 測(cè)試，然后才能投放到目標(biāo)市場(chǎng)。認(rèn)識(shí)到預(yù)防勝于治療，從開發(fā)的早期階段就進(jìn)行合規(guī)性設(shè)計(jì)通常是理想的選擇?？梢圆扇「鞣N方法，從應(yīng)用已知的最佳實(shí)踐到使用 EMC 模擬器(如果有)，以及在內(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)劃周密，但在經(jīng)批準(zhǔn)的測(cè)試機(jī)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)制測(cè)試可能會(huì)帶來(lái)意外。需要盡快找到解決方案;在如此后期的開發(fā)階段進(jìn)行任何重大的重新設(shè)計(jì)都是昂貴的并且會(huì)導(dǎo)致延誤。典型的方法包括在已知的故障點(diǎn)放置額外的低通濾波器(通常使用鐵氧體磁珠)，以減少傳導(dǎo)干擾或引入屏蔽以阻止輻射發(fā)射并保護(hù)敏感組件。

作為替代方案，復(fù)合磁性材料可作為柔性片材使用，可以對(duì)其進(jìn)行修剪和成型，以阻止特定位置的 EMI 信號(hào)。這些噪聲抑制片 (NSS) 材料具有各種磁導(dǎo)率等級(jí)，允許設(shè)計(jì)人員通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)闹岛秃线m的厚度來(lái)衰減給定頻段內(nèi)的干擾。該材料可以切割成適當(dāng)?shù)某叽?，并使用自粘背襯用作防護(hù)罩。

NSS 材料相對(duì)易于使用，并且繞過(guò)了生產(chǎn)金屬屏蔽層時(shí)通常遇到的定制設(shè)計(jì)和制造挑戰(zhàn)，而金屬屏蔽層在最終組裝過(guò)程中必須粘合或用螺釘固定到位。也許不太為人所知的是，NSS 可以圍繞電源線等電線形成，作為鐵氧體磁珠和磁芯的優(yōu)雅替代品，方法是將其纏繞在電纜上，并使用方便且易于生產(chǎn)的熱縮套管輕松固定(圖 1)。

圖 1以下是工程師如何應(yīng)用 NSS 來(lái)衰減組件和電纜的 EMI。

然而，當(dāng)干擾出現(xiàn)時(shí)，將 NSS 放置在麻煩地點(diǎn)作為戰(zhàn)術(shù)響應(yīng)只是這些材料的多種使用方式之一。在產(chǎn)品的早期階段設(shè)計(jì)時(shí)，NSS 也可以成為戰(zhàn)略盟友。除了幫助確保 EMC 合規(guī)性之外，它還可以用于增強(qiáng)系統(tǒng)性能的各個(gè)方面，例如能源效率和靜電放電 (ESD) 保護(hù)。

因此，檢查 NSS 的結(jié)構(gòu)和屬性可以幫助設(shè)計(jì)人員了解其多功能性和對(duì)廣泛應(yīng)用的支持。

NSS 成分和特性

NSS是在聚合物基體中混合微米級(jí)磁性材料粉末而制成的復(fù)合磁性材料(圖2)。

圖2 NSS是一種復(fù)合磁性材料。

該材料具有復(fù)磁導(dǎo)率 (μ)，包括兩個(gè)分量 μ '和 μ ' '。 μ '的值決定了材料支撐磁通量的能力，而 μ ' '則表示噪聲吸收效果。

在數(shù)學(xué)上，它表達(dá)如下：

μ = μ ′ – j μ ′ ′

這里，μ '和 μ ' '分別類似于電感和電阻特性。隨著信號(hào)頻率的增加，μ '達(dá)到閾值并開始快速下降，同時(shí) μ ' '上升(圖 3)。

圖 3 NSS 材料具有復(fù)雜的滲透率等級(jí)。

通過(guò)仔細(xì)控制這些特性，KEMET 創(chuàng)建了 Flex Suppressor NSS 系列，該系列具有衰減噪聲信號(hào)和維持 1 MHz 至 40 GHz 不同頻段內(nèi)磁通量的特性(圖 4)。它們用于從消費(fèi)電子產(chǎn)品和汽車信息娛樂(lè)到超高頻 (SHF) 設(shè)備(例如5G基礎(chǔ)設(shè)施)的應(yīng)用。

圖 4 NSS 材料可以衰減各種頻率范圍內(nèi)的不需要的噪聲。

NSS 噪聲吸收

認(rèn)識(shí)到在任何電子設(shè)計(jì)項(xiàng)目開始時(shí)都應(yīng)適當(dāng)考慮 EMC 設(shè)計(jì)，NSS 從一開始就可以被視為解決方案的一部分。此外，除了防止與附近設(shè)備發(fā)生不必要的交互之外，防止系統(tǒng)自身干擾也很重要。

任何系統(tǒng)都可能包含大量干擾源，例如來(lái)自外殼內(nèi)部或屏幕或揚(yáng)聲器孔等開口的信號(hào)反射，以及 IC 或電纜輻射的噪聲。在多板組裝中，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，并引入屏蔽來(lái)處理各種噪聲信號(hào)，可能會(huì)使設(shè)計(jì)復(fù)雜化并增加材料清單?；蛘撸瑧?yīng)用一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的 NSS 可以更快、更簡(jiǎn)單。無(wú)需電路板空間、接地或焊接組件(例如 LC 濾波器)。

圖 5顯示了用于無(wú)線設(shè)備(例如手機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān))以及遠(yuǎn)程控制中的靈敏度降低接收器電路的 NSS，以確?？煽康耐ㄐ藕妥罴逊秶?。這樣，有效使用 NSS 可以降低射頻發(fā)射器功率要求并簡(jiǎn)化接收器設(shè)計(jì)，從而具有低功耗、長(zhǎng)電池壽命和小尺寸等優(yōu)點(diǎn)。

圖 5 NSS 的使用改善了 RF 接收器的靈敏度降低。

此外，如圖 6所示，可以應(yīng)用 NSS來(lái)保護(hù)電路免受 ESD 的影響，ESD 可能導(dǎo)致控制器和線路驅(qū)動(dòng)器等系統(tǒng)組件發(fā)生故障。

圖 6 NSS 還可用于 ESD 保護(hù)。

優(yōu)化 μ ′以實(shí)現(xiàn)通量整形

Flex Suppressor EFW 系列等 NSS 公式已經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可增強(qiáng)發(fā)射器和接收器之間的電磁耦合(圖 7)。因此，設(shè)計(jì)人員可以增強(qiáng)無(wú)線充電 (WPT) 系統(tǒng)的性能，以確保更快的充電速度和更高的能源效率，從而降低擁有成本。

圖 7仔細(xì)放置 NSS 可以提高 WPT 效率。

Flex Suppressor還可有效地用于 RFID 系統(tǒng)，以改善讀取器電磁能的耦合，從而激活附近的標(biāo)簽。圖 8顯示了如何將 NSS 直接放置在讀取器天線后面來(lái)整理輻射能量，否則輻射能量會(huì)因加強(qiáng)天線前面的場(chǎng)而損失。

圖 8針對(duì) 13.56 MHz 調(diào)諧的 NSS 材料可以優(yōu)化 RFID 讀取器性能。

作為所產(chǎn)生效果的示例，使用針對(duì) ISO1444/1443 RFID 規(guī)范中標(biāo)準(zhǔn)化的 13.56 MHz 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 85 毫米，即幾乎 300%，從45 至 130 毫米。

如上述設(shè)計(jì)實(shí)例所示，NSS材料可以通過(guò)多種方式有效地使用來(lái)實(shí)現(xiàn)器件集成。它不僅僅是 EMC 故障時(shí)的緊急附加組件，它還可以有效支持 EMC 設(shè)計(jì)和各種信號(hào)完整性角色的最佳實(shí)踐，以提高系統(tǒng)性能，特別是在注重功耗的無(wú)線設(shè)備中。

通過(guò)利用通量整形特性，設(shè)計(jì)人員還可以利用 NSS 來(lái)提高 WPT 效率并最大限度地提高 RFID 讀取器性能，最終向市場(chǎng)提供緊湊、優(yōu)雅、使用令人滿意且擁有經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品。