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深圳振华富电子有限公司王立忠EMC电子元器件在电子设备中的应用一、电磁兼容性(EMC)的基本概念1.1电磁兼容性的定义1.2电磁干扰的产生1.3电磁干扰的频段划分1.4电磁干扰的危害1.5电磁兼容的测试项目及要求二、振华富EMC电子元器件1、磁珠2、磁珠在电路中的应用3、电感器4、电感器在电路中的应用三、EMC电子元器件应用领域一、电磁兼容性(EMC)的基本概念电磁兼容性是—---设备和系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境“事物”构成不能承受的电磁骚扰能力1.1电磁兼容性的定义发射源产生干扰噪声的原因a发射源的隐性频率b发射源对接收源所产生的混附波与调幅干扰c发射源的不当调幅调变输出d接收机本地振荡噪声e时钟信号传送的衍生噪声f电机装置如马达继电器g电力系统如火花电晕噪声h闪电雷击接收源感受干扰噪声的原因a、接收源射频频率选用不当造成噪声渗入干扰b、混附波与调幅干扰d、电源线噪声耦合至接收源造成干扰d、电子盒箱柜隔离不佳渗入接收源造成干扰1.2电磁干扰的产生1.3电磁干扰的频段划分1.4电磁干扰的危害a、误操作b、信息丢失c、泄密d、设备失效e、健康危害1.5电磁兼容的测试项目及要求1、CE101—25Hz~10KHz电源线传导发射2、CE102—10KHz~10MHz电源线传导发射3、CE106—10KHz~40GHz天线端子传导发射4、CE107—电源线尖峰信号(时域)传导发射5、CS101—25Hz~50KHz电源线传导敏感度6、CS103—15KHz~10GHz天线端子互调传导敏感度7、CS104—25Hz~20GHz天线端子无用信号抑制传导敏感度8、CS105—25Hz~20GHz天线端子交调传导敏感度9、CS106—电源线尖峰信号传导敏感度10、CS109—50Hz~100KHz壳体电流传导敏感度11、CS114—10KHz~400MHz电缆束注入传导敏感度12、CS115—电缆束注入脉冲激励传导敏感度13、CS116—10KHz~100MHz电缆和电源线阻尼正弦瞬变传导敏感度14、RE101—25Hz~100KHz磁场辐射发射15、RE102—10KHz~18GHz电场辐射发射16、RE103—10KHz~40GHz天线谐波和乱真输出辐射发射17、RS101—25Hz~100KHz磁场辐射敏感度18、RS103—10KHz~40GHz电场辐射敏感度19、RS105—瞬变电磁场辐射敏感度二、振华富EMC电子元器件工作原理：通过吸收发热耗散高频噪声能量2.1.1磁珠的特点及工作原理特点：•磁珠是一个耗能元件，阻抗随频率变化；•在射频噪声频率范围内具有高阻抗,消除传输线中的电磁干扰；•极好的磁屏蔽结构，不会产生交叉干扰；•较小的直流电阻,保证最小的电压降，同时可以避免对有用信号产生过大的衰减；•有效的工作在几十MHz到几百MHz的频率范围内；•不需要接地，使用时直接串接在电路上；2.1磁珠2.1.2磁珠滤除和吸收高频噪声的工作原理ZL磁珠工作原理图2-1噪声减小噪声大RL2.1.3磁珠的参数•阻抗值（Z）•额定电流（Ir）•直流电阻（DCR）磁珠的单位是欧姆。因为磁珠的阻抗是按照它在某一频率点产生的阻抗值来标称的，阻抗的单位也是欧姆。阻抗Z是磁珠中最重要的参数，阻抗Z可表示为：Z=√R(f)2+〔XL(f)〕2式中：电阻R(f)和感抗XL(f)均为频率的函数。①阻抗Z的大小与频率紧密相关②阻抗Z值的误差范围是：±25%；③样本书上标明的阻抗值是在100MHz的测量值。2.1.4磁珠的阻抗Z2.1.5磁珠频谱曲线图图2-2磁珠的等效电路(a)RacRdcLC磁珠的电路符号(c)ZLRsLs磁珠的等效电路(b)2.1.6磁珠的等效电路及符号图2-3Initial(Nofilter)MLCB2B3216-470BMLCB2B3216-221BMLCB2B3216hasexcellentperformancefornoisesuppressionandwaveformdistortionsuppression.MLCB2B3216suppressesdrasticallynotonlyspectrumlevelinmorethan100MHzrangebutwaveformdistortion.Comparinginitialwaveform,ringinfissupppressedalittleHowevertherestileremainshighlevelwaveformdistortionRingingiscausedonthesignalwaveformSuchringingcontainsseveralhundredMHzharmoniccomponentsandgeneratesnoise2.1.7磁珠对数字脉冲信号干扰的抑制图2-4为了消除电磁干扰，方法之一就是在有源和无源电子元器件的引线上套上一些很小的管形或环形的软磁铁氧体磁芯，利用铁氧体材料的电磁损耗机理有效地消除传导和辐射的电磁干扰噪声。这种抗电磁干扰的方法既简便又有效，所以获得了十分广泛的应用。由于串在引线上用于抗电磁干扰的铁氧体小管或小环有些像一串珍珠，所以它们得到了一个很形象化的名称—磁珠（Bead）。2.1.8早期的磁珠随着信息电子产业的高速发展，特别是数字电路的高速发展，各类电气、电子产品已进入社会生活的各个角落。随着使用频率范围日益扩展，频率使用密度日益增加，使得电磁信号环境越来越复杂。更主要的是对未来电子设备和仪器要求微型化、重量轻并便于携带，对元器件的性能要求越来越高，体积也越来越小，为了更便于加工生产并要求可靠性更高。叠层片式磁珠的出现是电子产业发展的必然结果。独石型一体化的结构，可靠性高；适合双表面安装；闭合磁路，漏磁小，无交互干扰。2.1.9叠层片式磁珠阻抗范围(Ω)应用特点额定电流Max(mA)尺寸范围100902012信号线用CMW20030~10002010~3216信号线用CBA600010~10001608~4532大电流线路PB100010~25001608~4532信号线用CB350~580Φ6×10信号线大电流线路R6H25~50Φ2.5×3~Φ3.5×9信号线大电流线路RH系列2.1.10振华富磁珠系列产品2.1.11电磁干扰抑制部位•时钟发生电路；•模拟电路和数字电路之间的滤波隔离；•I/O输入/输出内部连接器（比如串口,并口,键盘,鼠标,长途电信,本地局域网）；•射频（RF）电路和易受干扰的逻辑设备之间；•供电电路中滤除高频传导干扰；•计算机,打印机,录像机（VCRS）,电视系统和手提电话中的EMI噪声抑止；2.1.12磁珠的应用场合…2.1.13CB磁珠及CBA磁珠排系列产品在并行数据信号线上的应用图2-52.1.14CB及PB系列磁珠在时钟电路中的应用图2-6一般选择原则是信号工作频率越高选择磁珠的阻抗越小。根据时钟脉冲信号的工作频率，选型如下表：选择磁珠型号为CB系列磁珠选用要考虑电路的工作电流、脉冲电流、瞬态电流和环境条件（温度,直流电压,结构强度）。2.1.15在时钟电路中对磁珠的选型要求Ω120≥Ω≥3140≤f≤1001≤f≤40300≥Ω≥120f≤1Ω≥300f≥100f≤31并行数据线电路中磁珠的选型要求也是根据工作频率越高选择磁珠的阻抗越小的原则进行，可参照时钟电路中的选型要求。但对于数据线信号波形上升沿的要求没有时钟信号的要求高，故在选择时磁珠的阻抗可比时钟电路中的阻抗偏大一些，一般增加值为20%，磁珠可选型号为CB和CBA磁珠排系列。2.1.16磁珠在并行数据线电路中的选型要求2.1.17PB及CMW共模电感系列产品在串行数据信号线上的应用Ω图2-72.1.18PB型系列磁珠在电源电路中的应用Ω图2-82.1.19PB系列磁珠在直流供电回路的应用……图2-92.1.20PB系列磁珠在摸拟数字电路中的应用…图2-102.1.21PB磁珠在电源电路中的选型要求a、如图18所示：图中ZPB1磁珠是接在正电源到集成电路电源输入口上，要求靠近集成电路的电源输入口装配.器件的选择以磁珠的额定电流大于电路中Io工作电流二倍以上，阻抗值选80—600。b、接在集成电路接地端的ZPB2磁珠的额定电流也要求大于Io电流二倍以上，阻抗典型值选小于10。图中A电路为模拟电路，D为数字电路。c、电路中使用了ZPB1和ZPB2作为电源滤波和接地隔离，达到了数字电路和模拟电路之间的隔离要求。一般情况下电源电路中的工作电流越大选择磁珠的阻抗值越小。ΩΩ2.1.22PB及CB系列磁珠在分系统电路板中的应用……图2-11RS48560Ω/0.25W10Ω10ΩR61R622.1.23CMW共模电感在串行数据信号线上的应用图2-122.1.24CBA磁珠排在数据信号线上的应用图2-132.1.25CMW共模电感在串行数据信号线上的应用图2-142.1.26磁珠在输出线电路中的应用图2-153.1.1电感的特点及工作原理3.1电感特点：•电感是一个储能元件，阻抗随频率变化。•在纹波噪声频率范围内具有高阻抗,消除传输线中的纹波干扰。•较小的直流电阻,保证最小的电压降。•有效的工作在几十Hz到几百MHz的频率范围内。•可分为共模电感和差模电感；高频小信号电感等，可与电容组合构成高效的滤波器、振荡器、选频电路等。3.1.2电感的电路符号图3-13.1.3电感器的性能参数1、电感量L2、品质因数Q3、自谐振频率SRF4、直流电阻DCR5、额定电流6、饱和电流电感量是电感器的最重要参数，它是在一定频率的条件下测得的电感值，在额定使用条件下和工作频率范围内它是一个常量。它的感抗值Z等于：Z=ωL感抗是频率的函数，在一定的工作频率范围内频率越高感抗越大。电感在相同感值情况下尺寸越大，可靠性越高。3.1.4电感量(L)3.1.5品质因数Q品质因数Q是电感器的另外一个重要参数，表示电感器的储能与耗能之比，根据下面公式可近似计算：通常品质因数Q愈大愈好，在选择电感器时，要注意：•品质因数Q在产品样本或送样的承认书上标出的是最小值；•品质因数Q与测试频率有关，产品样本上对应电感量的Q值均有对应的测量频率；•品质因数Q与电感量有关。Q=RωL3.1.6自谐频率SRF自谐频率SRF是电感应用中值得考虑的一个重要指标，其值越高，说明该电感的使用频率越高。应注意：•自谐频率SRF与材料及其电感量有关，电感量越大，SRF越小；•产品样本上给出的SRF表示最小值；•电感在使用时的频率应小于SRF，同时考虑电路所需的Q值。3.1.7直流电阻DCR直流电阻DCR是电感器直流下的一个参数。一般希望直流电阻DCR愈小愈好，所以：①直流电阻DCR与材料及其电感量有关，电感量越大，DCR越大；②产品样本上给出的DCR表示最大值；③低的DCR可以保证最小的电压降，在大电流工作选择DCR越小越好。3.1.8额定电流Ir额定电流Ir是电感器在保证其它参数在规定的合理误差范围内时的最大工作电流，一般情况下在选用电感时不能超过该额定电流，选择要求参考如下：Ir≥1.2Io式中：Ir是电感器的额定电流，Io是电路工作电流。3.1.9饱和电流Isat饱和电流Isat是电感器在磁饱和状态下的一个最大电流参数，在此状态下电感器的电感量极度减小或消失，电感器易发热烧坏使其不能正常工作。一般情况下要避免这种情况发生。根据饱和电流选择电感器件：Isat≥2Io3.1.10电感与电容组成的各型滤波器3.2.11电感的种类一、外形分类绕线插件电感、绕线贴片电感、叠层贴片电感二、功能分类a、功率电感（开关电源储能电感、电源滤波电感等）。b、高频小信号电感（高频振荡电感、高频扼流圈、高频滤波电感和选频电路等）。LGB系列3.2.12插件电感RI系列TI系列LGA系列插件电感的特点•通常用较粗的铜线绕在骨架上，绝大多数都具有引脚；•电感量高，品质因素Q较高，额定电流大；•需通过手工插件、焊接，安装效率低；•外形尺寸很大、多，暂无标准化；•磁路不屏蔽，易产生交互干扰。3.2.13贴片