可携式产品电磁干扰滤波解决方案

电子产品越来越轻薄短小，电子零件的集积度也就越来越高，而电源、接地噪声（Noise）与讯号（Signal）及其彼此间的耦合（Coupling）现 象，也变成了电子产品在设计时，主要而必须克服的关键因素。
　　而这些无论是来自于系统外部，或是来自于系统本身的噪声或讯号，对讯号间的辐射 （Radiation）或传导（Conduction）干扰问题，若在30MHz到1GHz的频率范围，就是所谓的电磁干扰（EMI， Electromagnetic Interference）问题；当影响到了更高频的无线传播频率区段（RF， Radio Frequency）时，则又称为无线频段干扰（RFI， Radio Frequency Interference）的问题。而在可携式产品中，RFI的问题更严重影响到了产品的通讯质量。
　　要解决这些烦人的电磁干扰问题，首先从大的方向来分类，可分为讯号完整性（SI， Signal Integrity）的问题，以及电源完整性（PI， Power Integrity）的问题。在实务的量测解析上，会使用到近场（Near Field）量测的除错模式（Debug Mode），及远场（Far Field）量测的验证模式。如果对于产品的组件特性及边界条件掌握度够高，也可以用仿真软件（如ANSYS、Keysight、CST.。.等公司所提 供的电磁模拟工具）来做模拟验证与预测。若要对产品中各组件在各种运作下的特性进一步了解，还会使用时频（Time-Frequency）的数值分析方法 （如FFT， HHT， enhance-Morlet Transfer.。.等）。在产品的设计实务上，要解决这些问题的手法，不外乎必需使用到滤波（Filter）、移频（Moving Resonant Frequency）、展频（SSC， Spread Spectrum Clock）。..等手法。
　　展频的手法，在现今的科技多已做入了集成电路（IC， Integrated Circuit）中，大多与频率相关的集成电路都会有展频的设计，主要用在解决讯号在线的主频能量太强之问题。移频则是一种较笼统的解决方案之说法，主要 目的是把有问题的频率极点位置，移开出目前所在意的频段范围。但是如何找到问题率频点，大多只能仰赖仿真工具来找出频率响应（Resonant）点，才能 再想对策（如加滤波组件或改变线宽、线长或方向）来重新布局。但是，由前面所提及的解析注意要项中可知，如果对组件特性及边界条件不够完整的情形下，非常 容易变成了GIGO（Garbage In Garbage Out）的结果。而使用滤波器则是最为直观且直接的解决手法，当然其中也蕴含有移频的意味存在，然而各种滤波器却有各自的使用方法及限制。
　　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-Model Filter）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（Impedance Match）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（Eye Diagram）更佳。然而，在差动讯号（Differential Signal）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-Mode Noise）都会造成差动讯号的失真，参考图三中左侧的讯号。