EMI器件原理及应用

一，EMI定义: Electromagnetic interference( 电磁干扰）。 一般可分为传导型的电磁干扰 ，也就是说干扰噪声沿着电导体、电线、印刷电路的线路或者变压器、电感、电容、半导体以及电阻器等电子元件传输。 辐射型电磁干扰（ RFI） ） —电噪声 ，它像磁场或无线电波一样通过空气或自由空间传输。 电磁干扰源：大部分电气和电子设备都会产生电磁干扰，而且会受电磁干扰影响。它无处不在，其中包含交流电动机、荧光灯/ / 镇流器、调光器、微波炉、微处理器以及开关型电源。开关型电源中大部分传导型电磁干扰来源于主开关 MOSFET 、晶体管以及输出整流器，而且这还是一种有害的电磁干扰。

二，电磁干扰主要分为两种传导：共模噪声（ CMN ）以及差模噪声（ DMN ）。       （1）共模噪声的电流在两个输电线上以相同的方向流动并通过地线返回。

      （2）差模噪声又称为正常型、对称噪声或线路间噪声，它存在于交流线路和中性导线中，二者相位差为 180 °

三，干扰的控制

1，电磁干扰的控制

对于辐射干扰，采用屏蔽技术来消除效果最好。 一般采用金属屏蔽，金属屏蔽包含设备外壳内的磁场或无线电波。 对于传导干扰，采用磁性滤波器件来消除、抑制则是最有效和最经济的方法。 并且将抗 EMI 元器件安置到尽可能靠近干扰源的地方，还可有效减少辐射干扰的产生。

2，辐射干扰的控制。

辐射型EMI的抑制有3种基本形式：电子滤波、机械屏蔽和干扰源抑制 电子滤波和机械屏蔽技术对EMI抑制很有效,在实践中很常用 ，但需要附加器件和增加安装时间，而且电子滤波技术成本较高。因此，主要途径是减少辐射源的能量并且控制电路板上电压电流产生的电磁场的大小。这就跟控制传导干扰相类。所以，将抗EMI元器件安置到尽可能靠近干扰源的地方，能有效减少辐射干扰的产生。

四，片状铁氧体磁珠（Chip Ferrite Beads）

其选用原则是根据其使用场合，如: : 电源线、信号线、高速信号线；再根据其使用的频率的分为普通和高频两种。（其它 EMI 滤波器的选用原则均一样）。是直接插入信号线 ・ 电源线中，通过吸收、反射来执行 EMI 对策功能的部品。

1，定义：采用在高频段具有良好阻抗特性的铁氧体材料烧结面成，专用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰，还具有吸收静电脉冲的能力。磁珠和电感的主要材料都是 Fe2O3( 铁氧体），只是其他的辅助材料不一样, , , , 叠成方面，磁珠要叠的层 数要多一点。 电感强调感量，主要用于储存能量；磁珠主要强调阻抗，把高频信号变成热量消耗。

2，铁氧体 — 一种立方晶格结构的亚铁磁性材料。多为铁镁合金或铁镍合金。其特点：高频损耗非常大，且具有很高的磁导率，可以使电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生最小电容。磁珠有很高的电阻率和磁导率，它等效于电阻和电感串联，但电阻值和电感值也都随频率变化。它比普通电感有更好的高频滤波特性，能在相当宽的频率范围保持较高的阻抗，从而提高调频滤波效果。也可以用于电源电路中滤除高频噪声（直、交流输出），在大直流电路中应用必须保证通过的电流不使其饱和。

（1）在低频段 ，低频时R R R R 很小，阻抗由电感的感抗构成（电阻比电感小得多，铁氧体对低频电流几乎没有什么阻抗），因此电感量较大，L L L L 起主要作用 ，整个器件是一个低损耗、高Q Q Q Q 特性的电感，这种电感容易造成谐振，因此在低频段有时可能出现使用铁氧体磁珠后干扰增强的现象，此时可增加一个电阻来抑制共振。

（2）在高频段 ，电感的电感量减小，感抗成分减小（随频率升高磁芯的磁导率下降，导致电感的电感量减小）， 阻抗由电阻 成分构成 ，随着频率升高，电阻成分增加（磁芯的损耗增加），导致总的阻抗增加，当高频信号通过铁氧体时，电磁干扰被吸收并转换成热能的形式耗散掉。

3，磁珠主要在于它的高频特性，等效电路采用 Z=R+ jX，其中 R( 非 DCR) 均为频率的函数

4，磁珠与电感的区别

（1）电感是储能元件，磁珠是能量转换器件 （2）电感侧重于抑制传导性干扰，磁珠多用于信号通道的 EMI 方面 （3）电感应用于振荡与中低频的滤波，磁珠应用于高频电路的电源滤波和数模电路之间的滤波

磁珠 的高频特性曲线更陡峭，适合于某个高频频率范围内滤波。如： RF 电路， PLL ，振荡电路，含超高频存储器电路(DDR, SDRAM ,RAMBUS 等)都需要在电源输入部分加磁珠。

电感曲线更平滑，在低频时特性曲线更好。如： LC 振荡电路、中低频的滤波电路等，其应用频率范围很少超过 50MHz

五，磁珠的参数

六，片状

1，片状三端电容器（Chip ThreeTerminal Capacitors）

普通的电容器在内部电极有少量的分布电感，所以在高频段效果不是很好。

2，片状LC复合滤波器（Chip LC Filter）

3，片状共模扼流线圈（Chip Common Mode Choke Coils）

七，滤波器的性能指标

1，插入损耗:是衡量滤波器效能的一个参数，就是引入滤波器后带来的功率损耗。

     定义为通带内滤波器的输入和输出功率的比值，表达式为

2，通频带： 是衡量滤波器性能指标的重要参数，它决定滤波器的实际工作带宽。 定义为滤波器传输系数下降到中心频对应值的- - 3dB 时对应上下频率的频率差，表达式为

3,群时延： 任何数字信号进入到滤波器时，它们都将会产生在时间上的延迟，

                   这个延迟称为群时延。定义为网络的相移随频率的变化率 4,反射系数： 定义为滤波器的反射功率与输入功率之比，常采用分贝（ dB ）表示。一般小于- - 10dB。

5，矩形系数： 定义为滤波器传输系数下降到中心频率最大传输系数的 60dB 时的带 宽与 3dB 带宽之比。矩形系数越接近于1 1 ，带外衰减就越大，它的选择性就越好。 6，品质因数： 是用来描述滤波器的频率选择性，滤波器的Q Q 值表示在谐振频率下，平均储能与一个周期内平均耗能之比。

7，EMI器件的实际应用

（1）USB差分线：

（2）耳机线