EMI對(duì)策元件和電路保護(hù)元件的發(fā)展與應(yīng)用N

1前言

隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，特別是在我國(guó)加入WTO后與世界經(jīng)濟(jì)接軌的宏觀環(huán)境下，人們對(duì)各類(lèi)電子產(chǎn)品的電磁兼容性與可靠性、安全性提出了更高的要求。這就極大地促進(jìn)了EMI對(duì)策電子元件與電路保護(hù)電子元件的飛速發(fā)展，成為電子元件領(lǐng)域中的1個(gè)熱點(diǎn)，引起人們的極大關(guān)注。這類(lèi)電子元件品種繁多[1][2][3]，雖然近兩年沒(méi)有出現(xiàn)什么特別令人注目的新發(fā)明、新品種，但是這類(lèi)電子元件型號(hào)規(guī)格的增多、參數(shù)范圍的擴(kuò)大以及抑制電磁干擾能力和保護(hù)電路能力的提升都非常顯著。特別是在這類(lèi)電子元件的應(yīng)用方面，應(yīng)用范圍的迅速擴(kuò)大與需求量的急劇上升，都是十分驚人的。本文著重介紹其應(yīng)用情況及市場(chǎng)前景。

2EMI對(duì)策元件的新進(jìn)展[4][5]

2.1微小型化

迫于電子產(chǎn)品向更小、更輕、更靈巧的方向發(fā)展，EMI對(duì)策元件繼續(xù)向微小型化發(fā)展，如片式磁珠和片式電容器的主流封裝尺寸已經(jīng)逐步從1608（0603）過(guò)渡到1005（0402）；又如日本村田新發(fā)布的3繞組共模扼流圈的尺寸僅為2.5mm×2.0mm×1.2mm；在3.2mm×1.6mm×1.15mm的尺寸內(nèi)封裝了兩個(gè)共模扼流圈陣列。

2.2高頻化

目前，電子產(chǎn)品向高頻化發(fā)展的趨勢(shì)十分明顯，如計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘頻率提高到幾百兆赫乃至千兆赫；數(shù)字無(wú)線傳輸?shù)念l率也達(dá)到2GHz以上；無(wú)繩電話的頻率從45MHz提高到2400MHz等，因而由高次諧波引起的噪聲也相應(yīng)出現(xiàn)在更高的頻率范圍，EMI對(duì)策元件也隨著向高頻化發(fā)展，例如，疊層型片式磁珠的抑制頻率提高到GHz范圍。國(guó)內(nèi)南虹、順絡(luò)、麥捷以及國(guó)外的Murata、TDK、Taiyo－yuden、AEM、Vishay等公司都已推出性能優(yōu)良的GHz片式磁珠，其抑制噪聲頻率在600MHz～3GHz，滿(mǎn)足了高速數(shù)字電路的要求；村田的3端片式穿心陶瓷電容器的抑制頻率范圍為3MHz～2000MHz；TDK開(kāi)發(fā)的1005（0402）片式電感器的使用頻率達(dá)到12GHz。

2.3復(fù)合化和多功能化

在電子產(chǎn)品中經(jīng)常有排線部位，如I/O排線。為了使用方便，節(jié)省PCB面積，加快表面貼裝速度，一些片式EMI對(duì)策元件已經(jīng)陣列化。在1個(gè)封裝內(nèi)通常含有2、4、6、8個(gè)EMI對(duì)策元件。此外，將不同功能的EMI對(duì)策元件組合在1個(gè)封裝內(nèi)，達(dá)到多功能的目的。如將噪聲抑制功能與靜電放電保護(hù)功能組合在一起；將電容器與電感器或電阻器組合在一起；將共模噪聲抑制與差模噪聲抑制組合在一起等，都體現(xiàn)了向多功能化發(fā)展的趨勢(shì)。

2.4新材料和新元件

眾所周知，尖晶石型軟磁鐵氧體和BaTiO3基陶瓷材料在EMI對(duì)策中占有十分重要的位置。近年來(lái)，又開(kāi)發(fā)出一些新型材料，可用于抗電磁干擾，如6角晶系鐵氧體材料、金屬磁粉材料、非晶及超細(xì)晶金屬磁性材料、高分子磁性材料、高分子介質(zhì)材料、復(fù)合介質(zhì)材料及納米材料等。這些新型材料將在電磁兼容領(lǐng)域嶄露頭角，值得人們密切關(guān)注。EMI對(duì)策元件也有很多進(jìn)展，如Murata公司，在3端片式電容器（疊層型片式穿心電容器）的基礎(chǔ)上，又開(kāi)發(fā)出含有電阻器的3端片式電容器NFR系列、含有電感器的3端片式電容器NFW系列、含有兩個(gè)磁珠的3端片式電容器NFL系列，以及Ni電極、大電流（6A）、大容量（1?F）系列等；鐵氧體薄膜共模扼流圈的封裝尺寸為3.2mm×1.5mm×1.15mm，在100MHz時(shí)，其共模阻抗可達(dá)550?，而其差模阻抗不超過(guò)10?，特別適用于高速數(shù)字信號(hào)線；疊層型片式3繞組共模扼流圈的尺寸僅為2.5mm×2.0mm×1.2mm，它可以非常有效地在音頻信號(hào)線上抑制來(lái)自高速數(shù)字電路的高頻噪聲而不會(huì)造成聲音的畸變和串音，在最新款式的袖珍音影電子產(chǎn)品（如MP3）中，十分受歡迎；薄膜扼流圈陣列的尺寸為3.2mm×1.6mm×1.15mm，內(nèi)部封裝了2個(gè)共模扼流圈；TDK將一個(gè)共模扼流圈和一個(gè)差模扼流圈封裝在一起，尺寸僅為3.2mm×2.5mm×2.3mm；英國(guó)的Syfer公司將2個(gè)Y電容器和1個(gè)X電容器集成在一起，構(gòu)成1個(gè)疊層型片式X2Y電容器組件，同時(shí)抑制共模和差模噪聲，其封裝規(guī)格為2012（0805）和3216（1206），用于DC電源濾波器。美國(guó)的AVX公司深入研究了疊層型片式穿心濾波電容器（FeedthroughFilterCapacitor），經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)內(nèi)部電路，將70％的寄生支路電感轉(zhuǎn)移成輸入/輸出線上的串聯(lián)電感，起到1個(gè)T形低通濾波器的作用，從而顯著提高自諧振頻率，加寬對(duì)噪聲抑制的頻寬和強(qiáng)度。該公司還開(kāi)發(fā)了一種新材料，用疊層技術(shù)解決了R-C組合問(wèn)題，避開(kāi)了陶瓷膜－銀電極－釕系電阻膜共燒的復(fù)雜工藝，開(kāi)發(fā)出一系列稱(chēng)之為Z產(chǎn)品的組件，如R-C組件、R-C-R低通濾波器及其陣列等。

3EMI對(duì)策元件的應(yīng)用

如前所述，對(duì)各類(lèi)電子產(chǎn)品的電磁兼容性能要求越來(lái)越嚴(yán)格，迫使各類(lèi)電子產(chǎn)品中必須安裝大量的不同性能、不同規(guī)格的EMI對(duì)策元件，從而為EMI對(duì)策元件產(chǎn)業(yè)開(kāi)拓了廣闊的市場(chǎng)空間。為了說(shuō)明這種趨勢(shì)，下面列舉14種常用電子產(chǎn)品中EMI對(duì)策元件的使用狀況，供大家參考。

3.1家用電器

電冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)、微波爐、熱水器等家電都是電磁干擾源。它們?cè)陂_(kāi)關(guān)/啟動(dòng)或出現(xiàn)故障時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生瞬間電壓尖峰和浪涌電流以及高頻電磁干擾，并將這些電磁干擾輸入電網(wǎng)或輻射到周?chē)臻g。這都有可能超出電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)所允許的范圍，導(dǎo)致這樣的家電不能進(jìn)入市場(chǎng)。為了避免出現(xiàn)這些問(wèn)題，應(yīng)在家用電器的電源輸入端安裝相應(yīng)規(guī)格的電源濾波器，甚至在插頭、插座、接線板上都應(yīng)安裝低頻EMI濾波器，可見(jiàn)需求量很大。

3.2直流/交流電源

各種電源無(wú)處不在，需求量很大，有人估計(jì)到2005年僅通信電源的市場(chǎng)規(guī)模就能達(dá)到近百億元。電源的發(fā)展方向之一就是滿(mǎn)足電磁兼容要求。在直流電源中，一般都插入1個(gè)共模扼流圈，抑制共模噪聲；在輸出線上串入鐵氧休磁珠和3端電容器，抑制差模噪聲。目前通信用直流電源的主流輸出電壓為3.3V，正向1.8V過(guò)渡，該直流低電壓是由降壓開(kāi)關(guān)電源輸出的，直流電壓越低，噪聲的影響越大。在交流電源中，一般采用由共模扼流圈和X2Y電容器組成的低通濾波器，扼流圈和兩個(gè)Y電容器抑制共模噪聲，X電容器抑制差模噪聲，必要時(shí)可以再加入一個(gè)X電容器和兩個(gè)磁珠。

3.3筆記本電腦

筆記本電腦的形狀扁平、體積小，相對(duì)而言，電子件的組裝密度較高，為了減輕重量，一般不用純金屬外殼，所以筆記本電腦的電磁干擾問(wèn)題較突出，其殼體、連接纜線，以及LCD顯示屏與主板的連接排線等都會(huì)向外輻射電磁干擾。為了達(dá)到電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，除改進(jìn)外殼和連線的電磁屏蔽性能外，更關(guān)鍵的是必須采用一些高質(zhì)量的EMI對(duì)策元件。例如：在DC電源線上串入鐵氧體磁珠或扼流圈，并加入1個(gè)3端電容器（應(yīng)接地良好）；在CPU高速數(shù)據(jù)總線上串入高頻磁珠、片式3端電容器；圖像控制器與LCD驅(qū)動(dòng)器之間由多條高速數(shù)據(jù)排線相連接，必須安裝共模扼流圈、LC濾波器、高頻磁珠、3端電容器等EMI對(duì)策元件，或者這些元件組成的陣列；在各個(gè)USB接口以及光驅(qū)/軟驅(qū)接口，都必須安裝相應(yīng)的EMI對(duì)策元件。

3.4臺(tái)式電腦

臺(tái)式電腦的內(nèi)部和外部有許多電磁干擾源，都必須加以抑制。所用的開(kāi)關(guān)電源往往產(chǎn)生開(kāi)關(guān)頻率高次諧波噪聲，必須在輸出端安裝EMI濾波器、鐵氧體磁珠和3端電容器；在數(shù)據(jù)總線串入片式GHz磁珠和片式3端電阻器－穿心電容器；在時(shí)鐘線要插入信號(hào)線LC濾波器或片式磁珠；在視頻信號(hào)線上應(yīng)串入適合于高速數(shù)字信號(hào)的LC濾波器；與外設(shè)的接口處都應(yīng)安裝相應(yīng)的EMI對(duì)策元件；此外，交流電源線引入的噪聲、PCB總噪聲、接地噪聲、顯示器噪聲、與外設(shè)相連的USB噪聲等都必須予以抑制。

3.5傳真機(jī)

傳真機(jī)主要由開(kāi)關(guān)電源、控制主機(jī)板、傳感器、馬達(dá)、電話、錄音裝置等組成，一般沒(méi)有電磁屏蔽殼體，為了達(dá)到EMC標(biāo)準(zhǔn)，需要在各部位安裝相應(yīng)的EMI對(duì)策元件。例如，在輸入交流電源處應(yīng)有電源濾波器，使主機(jī)與電網(wǎng)隔離；在其DC電源應(yīng)接入磁珠和3端電容器；在時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)總線上應(yīng)安裝高速信號(hào)線LC濾波器或高頻磁珠/3端電容器；在傳感器端口安裝高頻磁珠和3端電容器；在CPU振蕩器輸出口應(yīng)串入高頻磁珠；在通信線路和聽(tīng)筒連線上接入對(duì)音頻信號(hào)沒(méi)有影響的共模扼流圈；在馬達(dá)信號(hào)線上串入鐵氧體磁珠，在記錄頭處還應(yīng)加入防浪涌電流的電路保護(hù)元件。

3.6打印機(jī)

打印機(jī)工作時(shí)主機(jī)板和打印驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，并經(jīng)過(guò)與PC的連接電纜和打印機(jī)的電源線向外傳導(dǎo)和輻射。因此，在交流電源處應(yīng)安裝電源濾波器；在IC的直流電源輸出線上串入磁珠，抑制高頻噪聲；在數(shù)據(jù)線上加入高頻磁珠和3端電容器；在CPU振蕩器輸出口串聯(lián)GHz磁珠；在時(shí)鐘線上加入LC信號(hào)線濾波器或片式3端穿心電容器及高頻鐵氧體磁珠；在馬達(dá)控制線上也要串聯(lián)鐵氧體磁珠和穿心電容器，并使之接地條件良好。此外，有時(shí)打印紙的移動(dòng)摩擦?xí)a(chǎn)生靜電，也應(yīng)予以注意。

3.7移動(dòng)通信手持機(jī)

GSM與CDMA兩種制式的手持機(jī)有很大差異，但是為了達(dá)到抗電磁干擾而采用一些EMI對(duì)策元件的做法基本是一致的。例如，在射頻和中頻部份，為了使帶通濾波器的阻抗匹配，需要高頻片式電感器；在RF和IF放大器輸出端加入扼流圈或磁珠，以抑制高次諧波；為了抑制時(shí)鐘信號(hào)噪聲，需要串入高頻磁珠；在所有高速數(shù)據(jù)線上，都要采用EMI對(duì)策元件來(lái)抑制數(shù)字電路所產(chǎn)生的噪聲；在音頻線路中需要安裝只能抑制高頻噪聲而不會(huì)造成音頻信號(hào)畸變和串音的共模扼流圈，如日本村田的最新產(chǎn)品DLM2HG型片式3繞組共模扼流圈；在電池部份應(yīng)加