可携式产品 电磁干扰滤波解决方案

在解决EMI/RFI问题时，最常使用到的滤波器如图一所示，都是属于低通滤波装置。其中π型滤波器(π-ModelFilter)是最有效率而简单的滤波装置，一般常用的整合性产品又分为CLC及CRC两种类型，如图二所示。CLC滤波装置可以选择对主频率衰减影响最小为考虑，其最主要是用在当系统内部的讯号在做传递时，当只需要对其高频的倍频谐波(Homonic)做滤波处理时，能使主频能量尽量保持原大小，而将高频讯号滤除。而CRC类型的滤波器，则主要会使用在系统的接口端，可以具有能选择较佳阻抗匹配(ImpedanceMatch)的特性，有效降低因为阻抗不匹配所造成的二次干扰问题。无论那种滤波装置，要考虑滤掉的频率能量是多或是少，还必需考虑讯号的倾斜(Skew)及抖动(Jitter)问题来做决定，因此不一定是把所有的高频讯号滤掉越多才会越好，有许多时候适当的保留3倍频及5倍频甚至7倍频讯号能量，会使得眼图(EyeDiagram)更佳。然而，在差动讯号(DifferentialSignal)的处理上，正端与负端的讯号必需相位差180度的完整讯号才能得到最佳的眼图。而来自电源及地端的偶数倍频谐波或是共模噪声(Common-ModeNoise)都会造成差动讯号的失真，参考图三中左侧的讯号。要解决这个问题，主要就是使用共模型式的滤波抑制器(Common-ModeChoke)，利用小讯号在电感讯号抑制器中，共模讯号会被抵消的方式，来过滤掉共模噪声，如图三说明所示。然而使用图三中的共模滤波(Common-ModeFilter)装置，由于差模讯号上相当于也会看到了L型(L-Model)滤波效应，因此使用这种滤波器件必需同时看差模与共模的滤波频段，两者的滤波效果是不同的。到此可以发现，以上两类型的滤波装置都是用来解决讯号上的噪声问题。而且，有许多机会是用在产品的接口端，那么静电放电的问题在此也不容被忽视。因此，晶焱科技整合了其系统级的静电防护技术与这些讯号滤波产品做了一个完美的结合，如图二及图三中含有TVS(TransientVoltageSuppressor)的滤波装置，就是用来同时有效解决静电及滤波的问题的产品。另外，在使用这些滤波器件时，所需注意的不再是电容的大小，而必须在意讯号的传输损耗(InsertionLoss)以及反射损耗(ReturnLoss)，在S参数中的这些信息才代表有多少能量的讯号可以传递或反射，藉此信息选择适合的主要频点及要滤波的强度。

在电源及接地部份，系统的印刷电路板(PCB,PrintedCircuitBoard)中的小讯号返回路径(ReturnPath)，为EMI辐射的最主要磁耦极天线(MagneticDiopleAntenna)路径。

良好的多层板接地面设计虽然可以降低返回路径的面积，但是如果仅使用不具有减震效果的电容器，再加上在系统内未能设计出良好真实的接地点位置，这样反而会将电源噪声带到了整个接地面，而造成了宽带(BroadBand)噪声。但是，如果使用RC减震器(Snubber)，那么就必须要调整RC值到能过滤的频段，这又是另外一项艰难的任务。

另一方面，由于主芯片(MainFunctionChip)的内部电路设计又会有倍频、除频等需求的设计存在。因此，许多的各种奇、偶倍频小讯号能量，就变成了噪声而载波在电源上。再经由系统上的电源及接地设计，而辐射或传导到PCB的各个位置。而在这些繁多集成电路的复杂运作下，又造成这些噪声能量，在主芯片电源接点附近之电压、电流单频讯号不再是90度(可用电容或电感降噪)或0度(电阻特性)的相位差。但是单纯的电容或电感的使用下，电压或电流小讯号仅能做90度的相位加减。但是，当电压电流相位差不再是90度或0度时，那么使用电容或电感，有时反而使得一些单频噪声更加强，如图四所示是个复杂的迭加效应。

此外，电容的使用也必须注意它有一定的使用频段范围，在超过它的频率返折点后，它就变成电感了。而在频率返折点附近，也会有极点(Pole)问题存在。晶焱科技为解决以上之问题，利用分支电流的特性，设计出具有能在宽带带范围中，同时侦测电压、电流小讯号，并能调变其间的相位差，而做出滤波减震芯片。除具有电源滤波效果外，也可以减低噪声传导到地的能量。并将其设计成电容之大小型式，以方便工程师在产品开发最后阶段的验证时，能够有除了电容以外的最佳而方便的选择，以追求产品量产的时效性(TimeToMarket)。在可携式产品中的RFI问题，就如同在处理电源噪声问题一般。有些状况是：RF讯号原是用来接收使用，但它们一样会耦合到了电源端，而造成部份其它的功能性芯片的失常；另一些情形是：一些功能性芯片(例如摄像头...等)的倍频讯号或电源噪声，耦合到BaseBand或RFIC的电源、讯号或天线中，而造成这些芯片的功能暂时