中心議題：

• DC電源線上的輻射噪聲
• 輻射噪聲的抑制

解決方案：

• 安裝片式共模扼流圈作DC電源線的EMI靜噪濾波器
• 加鐵氧體磁環(huán)來抑制共模噪聲
   

今天，便攜式電子產(chǎn)品隨處可見，如數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字視頻設(shè)備和音頻播放器，隨之產(chǎn)生的是此類設(shè)備PCB上的各種噪聲的抑制問題。特別是當(dāng)交流(AC)適配器代替電池給這些設(shè)備供電的時(shí)候，噪聲的抑制就顯得很有必要，因?yàn)檫m配器不僅會(huì)輻射噪聲，同時(shí)外界的噪聲也會(huì)從適配器的導(dǎo)線上耦合進(jìn)來。

DC電源線上的輻射噪聲

許多家用的電子設(shè)備，包括便攜式設(shè)備，基本上都是通過AC適配器來供電的。AC適配器與便攜式電子設(shè)備之間的連接是通過一根DC導(dǎo)線(如圖1所示)。同樣地，其作用類似于一根天線，它同其它的外界噪聲源一樣，發(fā)射噪聲就來自這根導(dǎo)線。因此，此電源線的噪聲免疫性測試就顯得十分必要。

通常當(dāng)對設(shè)備的噪聲采用措施進(jìn)行抑制之后，其免疫性會(huì)得到改善，因此研究噪聲的產(chǎn)生是十分重要的。比如，從DC/DC轉(zhuǎn)換器電源電路模塊可以產(chǎn)生噪聲，從內(nèi)部數(shù)字處理電路模塊也可以產(chǎn)生噪聲。

在便攜式設(shè)備中，DC/DC模塊和DC/DC轉(zhuǎn)換器IC是電源電路不可缺少的部分。DC/DC轉(zhuǎn)換器所需電源是通過開關(guān)模塊控制產(chǎn)生的，從而這種開關(guān)單元就變成了一種噪聲源，這種噪聲可以泄漏至直流電源線，且通過AC適配器導(dǎo)線發(fā)射出去。

同時(shí)，隨著便攜式設(shè)備功能的增多，所需半導(dǎo)體IC的種類也隨之增多，比如像具有更高處理性能和大內(nèi)存的微處理器。同時(shí)，隨著處理量的增加和數(shù)據(jù)處理速度的提高，電路要求有更高速率的IC處理芯片。當(dāng)IC在動(dòng)作時(shí)，頻率范圍從幾千到幾百兆的寬頻噪聲就隨之產(chǎn)生，并通過AC適配器的導(dǎo)線發(fā)射出去。


圖1：便攜式電子設(shè)備的噪聲環(huán)境。

噪聲的抑制

一般說來，便攜式電子設(shè)備內(nèi)部的噪聲是通過DC電源線以共模的方式輸出的，像在AC適配器導(dǎo)線上，其噪聲可以用共模噪聲濾波器進(jìn)行有效抑制。

在許多情況下，帶有AC適配器的便攜式設(shè)備所產(chǎn)生的共模噪聲，一般是通過在線上加一個(gè)鐵氧體磁環(huán)來抑制(圖2)。盡管這是一個(gè)有效的噪聲抑制方式，但是它也存在許多不足，比如，加上磁環(huán)之后導(dǎo)線會(huì)變得沉重和龐大，且外觀不雅。如果改用一個(gè)小尺寸的片式共模扼流圈用于此類導(dǎo)線的共模噪聲的抑制，是個(gè)不錯(cuò)的選擇，值得重點(diǎn)推薦。


圖2：數(shù)碼相機(jī)中的磁環(huán)。
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效果評估

為了評估DC電源線上的EMI靜噪濾波器的噪聲抑制效果，我們做了一個(gè)模擬便攜式設(shè)備的評估電路板(如圖3所示)。它是通過AC適配器取得DC電源，同時(shí)配備了一個(gè)類似于電源功能塊的DC/DC轉(zhuǎn)換器電路，并安置了一個(gè)類似于內(nèi)部數(shù)字處理電路的時(shí)鐘動(dòng)作電路。


圖3：評估電路。

圖4顯示的是一個(gè)評估電路，它在DC電源模塊上安裝了一個(gè)片式共模扼流圈，用作DC電源線的EMI靜噪濾波器，AC適配器被掛在一個(gè)放有評估電路板的測試桌上。這樣就可以測試垂直模式的噪聲，此噪聲代表了從桌子上輻射來的噪聲。


圖4：評估方式。

根據(jù)評估結(jié)果的測試數(shù)據(jù)，噪聲的發(fā)射范圍從幾十MHz到800MHz都有。因此，可以推斷噪聲是從DC/DC轉(zhuǎn)換器和內(nèi)部數(shù)字處理電路傳向AC適配器，通過電源線發(fā)射出來的。

因此，我們做了兩個(gè)不同模式下的噪聲比較：1.在AC適配器電源線加裝一個(gè)鐵氧體磁環(huán)；2.在DC輸出模塊上加裝一個(gè)片式共模扼流圈。之前我們發(fā)現(xiàn)不同的鐵氧體磁芯的尺寸會(huì)產(chǎn)生不同的共模阻抗。對于此次比較測試，我們采用了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸的磁環(huán)(直徑大約為20mm，長度大約為40mm)和一個(gè)片式共模扼流圈(100MHz時(shí)的阻抗值為1,400Ω)。結(jié)果表明片式共模扼流圈靜噪效果比較好。當(dāng)然，使用更大尺寸的磁環(huán)或增加電源在磁環(huán)上繞線數(shù)也會(huì)得到一個(gè)較高的阻抗值，然而，這樣會(huì)帶來不足，導(dǎo)線的重量會(huì)增加，同時(shí)外觀也顯得凌亂。綜上所述，我們推薦用片式共模扼流圈取代笨重的磁環(huán)。

村田開發(fā)了DLW5BT系列片式共模扼流圈，綜合了小尺寸、低厚度和大阻抗值的特點(diǎn)，因而適合便攜式設(shè)備和小的DC/DC轉(zhuǎn)換模塊的DC電源線上噪聲抑制應(yīng)用。此類產(chǎn)品已成功地應(yīng)用于一些便攜式的電子設(shè)備上。

本文是關(guān)于便攜式電子設(shè)備DC電源線使用片式模扼流圈的一些討論，當(dāng)然此EMI濾波器同樣適用于其它的DC電源類的電子設(shè)備和DC/DC轉(zhuǎn)換器或電池充電器。

另外，村田BNX方塊形系列EMI濾波器配置有電容器、磁珠、穿心電容器，非常適合更強(qiáng)勁的電源線濾波。盡管這些產(chǎn)品短小輕薄，但是它具有強(qiáng)的靜噪效果(35dB或更高，從1MHz到1GHz)。此類產(chǎn)品對共模噪聲有良好的抑制作用，同樣對正常模式的噪聲也有抑制作用。其10A的額定電流適合便攜式設(shè)備、測試設(shè)備、工業(yè)電子產(chǎn)品和平板電視等。