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1 前言 隨著電子產品的發展，特別是在我國加入WTO后與世界經濟接軌的宏觀環境下，人們對各類電子產品的電磁兼容性與可靠性、安全性提出了更高的要求。這就極大地促進了EMI對策電子元件與電路保護電子元件的飛速發展，成為電子元件領域中的1個熱點，引起人們的極大關注。這類電子元件品種繁多，雖然近兩年沒有出現什么特別令人注目的新發明、新品種，但是這類電子元件型號規格的增多、參數范圍的擴大以及抑制電磁干擾能力和保護電路能力的提升都非常顯著。特別是在這類電子元件的應用方面，應用范圍的迅速擴大與需求量的急劇上升，都是十分驚人的。本文著重介紹其應用情況及市場前景。 2 EMI對策元件的新進展 2.1 微小型化 迫于電子產品向更小、更輕、更靈巧的方向發展，EMI對策元件繼續向微小型化發展，如片式磁珠和片式電容器的主流封裝尺寸已經逐步從1608（0603）過渡到1005（0402）；又如日本村田新發布的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的尺寸內封裝了兩個共模扼流圈陣列。 2.2 高頻化 目前，電子產品向高頻化發展的趨勢十分明顯，如計算機的時鐘頻率提高到幾百兆赫乃至千兆赫；數字無線傳輸的頻率也達到2GHz以上；無繩電話的頻率從45MHz提高到2400MHz等，因而由高次諧波引起的噪聲也相應出現在更高的頻率范圍，EMI對策元件也隨著向高頻化發展，例如，疊層型片式磁珠的抑制頻率提高到GHz范圍。國內南虹、順絡、麥捷以及國外的Murata、TDK、Taiyo－yuden、AEM、Vishay等公司都已推出性能優良的GHz片式磁珠，其抑制噪聲頻率在600MHz～3GHz，滿足了高速數字電路的要求；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開發的1005（0402）片式電感器的使用頻率達到12GHz。 2.3 復合化和多功能化 在電子產品中經常有排線部位，如I/O排線。為了使用方便，節省PCB面積，加快表面貼裝速度，一些片式EMI對策元件已經陣列化。在1個封裝內通常含有2、4、6、8個EMI對策元件。此外，將不同功能的EMI對策元件組合在1個封裝內，達到多功能的目的。如將噪聲抑制功能與靜電放電保護功能組合在一起；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，都體現了向多功能化發展的趨勢。 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對策中占有十分重要的位置。近年來，又開發出一些新型材料，可用于抗電磁干擾，如6角晶系鐵氧體材料、金屬磁粉材料、非晶及超細晶金屬磁性材料、高分子磁性材料、高分子介質材料、復合介質材料及納米材料等。 這些新型材料將在電磁兼容領域嶄露頭角，值得人們密切關注。EMI對策元件也有很多進展，如Murata公司，在3端片式電容器（疊層型片式穿心電容器）的基礎上，又開發出含有電阻器的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，其共模阻抗可達550?，而其差模阻抗不超過10?，特別適用于高速數字信號線；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線上抑制來自高速數字電路的高頻噪聲而不會造成聲音的畸變和串音，在最新款式的袖珍音影電子產品（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，內部封裝了2個共模扼流圈；TDK將一個共模扼流圈和一個差模扼流圈封裝在一起，尺寸僅為3.2mm×2.5mm×2.3mm；英國的Syfer公司將2個Y電容器和1個X電容器集成在一起，構成1個疊層型片式X2Y電容器組件，同時抑制共模和差模噪聲，其封裝規格為2012（0805）和3216（1206），用于DC電源濾波器。美國的AVX公司深入研究了疊層型片式穿心濾波電容器（FeedthroughFilterCapacitor），經過精心設計內部電路，將70％的寄生支路電感轉移成輸入/輸出線上的串聯電感，起到1個T形低通濾波器的作用，從而顯著提高自諧振頻率，加寬對噪聲抑制的頻寬和強度。該公司還開發了一種新材料，用疊層技術解決了R-C組合問題，避開了陶瓷膜－銀電極－釕系電阻膜共燒的復雜工藝，開發出一系列稱之為Z產品的組件，如R-C組件、R-C-R低通濾波器及其陣列等。 3 EMI對策元件的應用 如前所述，對各類電子產品的電磁兼容性能要求越來越嚴格，迫使各類電子產品中必須安裝大量的不同性能、不同規格的EMI對策元件，從而為EMI對策元件產業開拓了廣闊的市場空間。為了說明這種趨勢，下面列舉14種常用電子產品中EMI對策元件的使用狀況，供大家參考。 3.1 家用電器 電冰箱、空調、洗衣機、微波爐、熱水器等家電都是電磁干擾源。它們在開關/啟動或出現故障時，都會產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或輻射到周圍空間。這都有可能超出電磁兼容標準所允許的范圍，導致這樣的家電不能進入市場。為了避免出現這些問題，應在家用電器的電源輸入端安裝相應規格的電源濾波器，甚至在插頭、插座、接線板上都應安裝低頻EMI濾波器，可見需求量很大。 3.2 直流/交流電源 各種電源無處不在，需求量很大，有人估計到2005年僅通信電源的市場規模就能達到近百億元。電源的發展方向之一就是滿足電磁兼容要求。在直流電源中，一般都插入1個共模扼流圈，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過渡，該直流低電壓是由降壓開關電源輸出的，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Y電容器抑制共模噪聲，X電容器抑制差模噪聲，必要時可以再加入一個X電容器和兩個磁珠。 3.3 筆記本電腦 筆記本電腦的形狀扁平、體積小，相對而言，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向外輻射電磁干擾。為了達到電磁兼容標準，除改進外殼和連線的電磁屏蔽性能外，更關鍵的是必須采用一些高質量的EMI對策元件。例如：在DC電源線上串入鐵氧體磁珠或扼流圈，并加入1個3端電容器（應接地良好）；在CPU高速數據總線上串入高頻磁珠、片式3端電容器；圖像控制器與LCD驅動器之間由多條高速數據排線相連接，必須安裝共模扼流圈、LC濾波器、高頻磁珠、3端電容器等EMI對策元件，或者這些元件組成的陣列；在各個USB接口以及光驅/軟驅接口，都必須安裝相應的EMI對策元件。 3.4 臺式電腦 臺式電腦的內部和外部有許多電磁干擾源，都必須加以抑制。所用的開關電源往往產生開關頻率高次諧波噪聲，必須在輸出端安裝EMI濾波器、鐵氧體磁珠和3端電容器；在數據總線串入片式GHz磁珠和片式3端電阻器－穿心電容器；在時鐘線要插入信號線LC濾波器或片式磁珠；在視頻信號線上應串入適合于高速數字信號的LC濾波器；與外設的接口處都應安裝相應的EMI對策元件；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、與外設相連的USB噪聲等都必須予以抑制。 3.5 傳真機 傳真機主要由開關電源、控制主機板、傳感器、馬達、電話、錄音裝置等組成，一般沒有電磁屏蔽殼體，為了達到EMC標準，需要在各部位安裝相應的EMI對策元件。例如，在輸入交流電源處應有電源濾波器，使主機與電網隔離；在其DC電源應接入磁珠和3端電容器；在時鐘線和數據總線上應安裝高速信號線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振蕩器輸出口應串入高頻磁珠；在通信線路和聽筒連線上接入對音頻信號沒有影響的共模扼流圈；在馬達信號線上串入鐵氧體磁珠，在記錄頭處還應加入防浪涌電流的電路保護元件。 3.6 打印機 打印機工作時主機板和打印驅動系統都會產生電磁干擾，并經過與PC的連接電纜和打印機的電源線向外傳導和輻射。因此，在交流電源處應安裝電源濾波器；在IC的直流電源輸出線上串入磁珠，抑制高頻噪聲；在數據線上加入高頻磁珠和3端電容器；在CPU振蕩器輸出口串聯GHz磁珠；在時鐘線上加入LC信號線濾波器或片式3端穿心電容器及高頻鐵氧體磁珠；在馬達控制線上也要串聯鐵氧體磁珠和穿心電容器，并使之接地條件良好。此外，有時打印紙的移動摩擦會產生靜電，也應予以注意。 3.7 移動通信手持機 GSM與CDMA兩種制式的手持機有很大差異，但是為了達到抗電磁干擾而采用一些EMI對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；為了抑制時鐘信號噪聲，需要串入高頻磁珠；在所有高速數據線上，都要采用EMI對策元件來抑制數字電路所產生的噪聲；在音頻線路中需要安裝只能抑制高頻噪聲而不會造成音頻信號畸變和串音的共模扼流圈，如日本村田的最新產品DLM2HG型片式3繞組共模扼流圈；在電池部份應加電路保護元件，如疊層型片式壓敏電阻器或PTCR/NTCR。 3.8 汽車定位系統 一般汽車定位系統雖然體積小，采用金屬外殼，但從接口纜線和天線聯線都能傳導和輻射電磁干擾，對其它汽車電子設備造成干擾。應在數據線和時鐘線安裝LC信號線濾波器、高頻磁珠和片式3端穿心電容器；在纜線接口處插入片式3端穿心電容器、鐵氧體磁珠或電感穿心電容濾波器；在DC電源輸出口加入扼流圈、磁珠或穿心電容器。 3.9 藍牙模塊 藍牙技術剛剛興起，藍牙模塊制式很多，但無論怎樣，在其基帶和射頻電路中都必須采用一些EMI對策元件，如通用型片式磁珠、高頻片式磁珠、高頻片式電感器、EMI信號濾波器、片式3端電容器等。 3.10 DVD 音頻和視頻輸出線以及電源線都向外輻射或傳導電磁干擾，特別是圖像處理需要高速數字信號，因而它產生的噪聲頻率可達到千兆赫范圍。為了保證高質量的圖像和聲音，同時達到電磁兼容的目的，必須在電路中安裝一些高性能的EMI對策元件。例如在圖像壓縮編碼器與同步隨機動態存貯器和圖像IC之間，都是高速數字信號，必須串入近年來開發的GHz鐵氧體磁珠或LC高速信號線濾波器；在音頻信號和視頻信號輸出線上要插鐵氧體磁珠；在時鐘線安裝濾波器、磁珠或3端電容器；在AC電源安裝共模扼流圈和X2Y電容器；在DC電源輸出端串入鐵氧體磁珠和片式3端穿心電容器，以濾除高頻噪聲。 |
