共模电感如何解决数据量增长带来高频EMI问题

电子发烧友网报道（文/李宁远）三大无源器件电阻、电容和电感是任何硬件电路都离不开的基础被动元器件。各个应用领域内都有着这些被动元器件的身影，这些被动元器件不仅关系到硬件电路整体的稳定性，还决定了电子设备整体质量的优劣。

电感是互感和自感的总成，是闭合电路中基础的物理量。电感器则是利用电感特性，能够把电能转化为磁能而存储起来的元件，由绕组、磁芯等原材料组成，又被称为扼流圈。电感的细分种类不少，其中共模电感是一类解决EMI问题很受欢迎的器件。

数据接口升级带来大量共模噪声干扰

目前数据传输接口、差分线路接口都在往更高的速度迭代，以广泛应用的MIPI为例，2003年成立的MIPI联盟，自2007年发布D-PHY协议，已经从v1.0版本开始已经迭代了多个版本。MIPI D-PHY协议现在已广泛应用在智能手机上面，包括其他的带屏设备。随着带屏设备的快速发展，人们对屏幕的像素，摄像头的像素要求有了更大的提升，协议的传输速率也在快速提升。2011年出现的M-PHY协议，2013年出现的C-PHY协议都是为了进一步提高传输速率。

M-PHY协议因为功耗和相关配套设备的问题应用较少，D-PHY和C-PHY在现在带屏设备中大量应用着。随着协议版本迭代，传输速率逐渐提高，传输速率的提高也带来了更多的高频共模噪声干扰。信号线跟接口之间的共模噪声还有高频噪声，会辐射到周边的器件，使得周边器件的接收灵敏度大幅下降。

在这种应用中，串联一颗共模电感一直是可以有效解决这种高频共模干扰的一种解决方案。除了从源头上减少共模噪声的产生，使用共模电感几乎是最常用且性价比最高的解决EMI问题的办法。

其应用原理也非常简单，在线路中串联共模电感，增大共模回路的阻抗，使得共模电流被电感消耗和阻挡，从而抑制线路中的共模噪声。

共模电感发展趋势

共模电感主要应用在移动通讯、汽车、工业等行业，其中手机等移动通讯领域是共模电感最大的下游市场。虽然移动通讯是电感最大下游市场，但医疗航空、汽车、工业用电感价值量更高，尤其是汽车领域，随着汽车电子系统传输速率进一步升级，数据接口向更高速率迭代也带来了大量共模噪声问题，共模电感的需求水涨船高。

通讯设备和汽车领域对共模电感的大量需求也拉动了共模电感的市场增长，据Global Info Research调研，2021年全球共模电感市场规模约为6.685亿美元，预计2028年将达到9.167亿美元，2022至2028期间年复合增长率为4.6%。

为了应用传输速率升级，共模电感也呈现出高频化的发展趋势。传输速率上去之后，线路上高频噪声的频点就会越来越高，这对共模电感的抑制频点也会要求越来越高。另一个趋势则是被动元器件共同的发展趋势，小型化，主要是为了应对终端设备多功能化导致的设计空间不足，比如像智能手机，功能越来越多，它的PCB板空间受限越来越大，会要求元器件越来越小。

共模电感技术路线

目前来看主流的共模电感路线有两种，一种是通过陶瓷、铁氧体、银进行多材料烧结，在内部形成精细的导电电极并形成多层多圈绕线结构，提升共模阻抗、差模损耗等指标数值。这种技术方案非常契合USB3.0、MIPI和HDMI这些高速差分信号，因为这种电感设计通过改变线圈设计可以实现480MHz-2.4GHz的共模噪声抑制。而且采用高耦合设计，这种技术路线在差分信号的损耗上非常小。

另一种技术路线是将非磁性铁氧体、磁性铁氧体等材料进行烧结，这种方案因为原材料的特性，可以将尺寸做得非常小，在小尺寸上实现大共模阻抗，成型的共模电感可靠性很高。这种技术路线更契合低速宽频的抑制需求，比如USB2.0、MIPI-D PHY。

小结

在数据量不断增长的各种应用里，差分线高频EMI问题会出现得越来越频繁，共模电感是能够以较低成本解决差分线高频EMI问题的不二选择，小型化高频化后的共模电感能够广泛地应用于各种智能设备的差分线路接口。