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电子设备高性能下的电源EMI解决方案
作者:盛莱斯特    发布于:2015-08-12 14:57:40    文字:【】【】【
众所周知,目前的电子产品正在不断的向高性能发展。从多功能的手机,高端的数码相机,到各式各样的游戏机,与以往相比它们现在的功能复杂性不断的增大,除了数字电路以外,还会集成很多通信功能在里面,例如蓝牙等等。这样广泛的功能继承以后,除了普通的辐射以外,内部的EMC问题也是近几年来非常热门的讨论话题。

  内部电源系统的EMI产生的原因有以下几点。第一,移动终端的高速芯片不断产生低电压工作,降低了EMC的工作余量。第二,设备和数字设备的共用。第三,接口通信速度的提高。第四,汽车应用中电子控制的普及。

  接下来简单介绍一下电源内部系统电磁兼容问题。以笔记本电脑为例,由于它有数字电路和通信电路,内部的电路会产生一些辐射,噪声很容易被周围的天线接收到,接收到这些噪声以后,就会对电路的接收灵敏度产生,这就是我们目前常说的内部系统的电磁兼容问题。

  这是产生灵敏度的几个原理,主要的EMC路径都可能会引起周围的噪声影响系统内部的EMC兼容问题。

  简单说一下内部系统的EMC兼容问题,EMC分为远场和近场效应,通过对天线的简单分析,就可以很好的帮助解决这个问题。

  接下来从平板电脑的灵敏度下降开始展开后续的话题。由于各种电路工作时所产生的噪声影响了天线的接收灵敏度,右上角播报语音视频时,它会接收到比较大的噪声能量,红色表示在工作的时候,蓝色表示在待机的时候,待机的时候噪声就会降低很多。左下角的图是在平板终端里面,高清摄像头在工作的时候,(英)天线会接收到噪声的能量,同样红色代表的是工作时的噪声,而蓝色代表的是待机的噪声能量。最后是在LCD工作的时候,我们所看到的噪声能量,红色代表LCD点亮的时候,而蓝色是LCD背光面的时候。

  这是现在比较流行的智能手机,它有一个3G的天线,一个高清的摄像头,以及CPU芯片,这些都有可能产生比较高频的辐射噪声,而这辐射噪声被3G的天线耦合接收到的话,就会影响到3G天线的接收灵敏度。第二个是平板电脑,平板电脑在很多时候都会被当做一个音视频处理的多媒体终端来使用,因此播放音乐的时候,一定会影响到客户的使用。常见的平板终端中的噪声来源,数字电路电源以及天线和音频摆放的大致问题,这些因素对于我们发生问题的时候,找到解决的方法和对策非常重要。这块是电池,这边是主要的处理芯片以及电源管理芯片,而这边是一个音频回路,上面是高清的摄像头,目前常用的平板高清当中,射频部分都使用3G模块,它的接收天线可能非常靠近噪声能量比较高的元器件,或者是芯片,因此使用这样的电子产品进行办公的话,就会有内部的电磁兼容问题,使得天线的接收灵敏度有很明显的下降。

  这是目前主流的一款智能手机,这上面的噪声主要来源于电源管理芯片,其次是主芯片。因此我们必须有效的抑制噪声在800—900的噪声能量,可以发现这个方案对于整体的噪声抑制是最有效的。

  第二个同样是智能手机,我们会尝试一些其他的手法来抑制噪声。这是接收端灵敏度的曲线,显然灵敏度有一个明显的改善。

  这是刚才提到的音频芯片以及音频线,这是LCD背光控制芯片,它的电源上面追加了一个相关的电流,我们对平板电脑的噪声能量进行分析,红色是追加前的,蓝色是追加后的,发现追加以后噪声能量都会有一个很明显的抑制效果,这就说噪声源是来自于这两个位置。下面列举一下刚才的对策当中所使用到的EMC器件。平板电脑当中在音频线上追加的0202,在音频阶段使用的时候,对音质不会产生太大的影响。这是在LCD上所产生的共模电板,它的长和宽都没有超过一毫米,同时它是采用精细光刻的薄膜工艺进行加工的。

  接下来这个是三端子电容。

  下面我们对内容做一个简单的总结,此次演讲的主要内容是以平板电脑,智能手机为例,对灵敏度下降原理及内部系统电磁兼容问题对策的研究。灵敏度下降,有辐射、传导、耦合噪声的影响,主导模式取决于接收天线的配置,通过电线性能解决问题很重要。平板电脑灵敏度下降机制,除了传导噪声,连接主板和LCD的电缆中辐射出的共模噪声也会天线。噪声源可以是LCD、PMIC,摄像头,BBIC,音频IC,SD卡,射频模块等。噪声抑制对策主要有,电源噪声滤除,如使用三端子电容器,铁氧体磁珠;接口噪声滤除,如使用共模扼流线圈;加强噪声返回地面,即强化接地。

  最后简单介绍一下村田在上海开设的一个大型的EMC实验室,以及所能给客户提供的所有技术服务。领先的EMC对策就在您身边,我们在里面可以提供所有的EMC相关的数据测试、方案解决、技术交流以及相关的分析评估。

  位于最高层的内部的屏蔽室,主要的作用有这几点,静电台,可以做一些静电的测试,这个是对共模定板的噪声分析,这个是EMC系统的内部兼容问题最需要的近场分析兼容仪。通过这些分析,可以很好的找到整个电路板的噪声源,对噪声源进行分析以后就可以找到一些对策。

  村田在日本相关的研发中心都设立了大型的EMC实验室,这三个大型的实验室都可以给客户提供技术支持服务及作为一些技术交流的场所。村田使用的是一些核心工艺的制造,不仅仅给广大客户提供尖端的EMC元器件,也希望给客户提供EMC整体解决方案

  上海的实验室和日本的实验室一样都配备了目前相关的EMC实验设备,以及经验非常丰富的测试人员。由于几十年来的EMC经验积累,上海实验室可以给客户带来更多问题的解决方案以及EMC方案的对策。村田致力于EMC的解决方案,不仅仅希望给客户提供小型化的元器件,同时希望和客户在初期开发的过程中就经营合作,节约EMC的开发时间。

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