滤波器芯片如何摆脱EMI

随着PC和无线通信业的成长，能减轻电磁干扰（EMI）和射频干扰（RFI）的芯片大小滤波器的性能不断改进并且越来越流行。快速修订的国际规范和新兴的技术问题，使得元件造商们可随时满足OEM制造商在更小空间提供更多性能的需求。出现了越来越多的板上安装和/或表面安装的设计。应用也大量涌现。这些应用包括普通应用到消费应用（蜂窝电话）、到特殊应用（蓝牙），其中以汽车电子应用尤为盛行。此外，用于EMI/RFI滤波的工程设计工具开始涉及网络。

AVX公司的应用经理Ron Demcko说：“关于EMI/RFI最直接的问题就是产品必须符合最新的电磁兼容（EMC）指示”，这些指示是最初针对EMI（即任何引起不必要响应的电气干扰）和RFI提出的IEC801和50081/2发射和通用抗扰性规范的继承，EMI和RFI一般是通过天线影响器件的，并且由于辐射形成干扰。

这些规范是在80年代末和90年代初推出的，现在已经扩充成为“欧洲规范”（EN）、 CISPR、联邦通信委员会（FCC）以及亚洲有关CNS的要求。在商界，上述规范包括了涉及信息技术设备/电信、音频-视频系统、重工业以及汽车等的规范。EN规范的每个修订版本通常都是为了加强指导。据报道，为顺应需求，其最新版于2001年7月发布。

涉及的不仅是所谓的无线电频谱，还有电源线，包括从直流到数百兆赫兹的辐射。就基站和类似设备所面临问题，Demcko表示：“摆脱管制正在引起由交流电源而引发的一系列问题，电源质量不尽人意，存在许多开关瞬态现象。此外，时钟离线路更近、电路板会更小、环境条件变得更加苛刻”。

Vishay Intertechnologies Inc.的高级副总裁Glyndwr Smith说：“对于EMI/RFI，主要是利用分立元件实现一般的旁路。理想情况是集成无源器件进行滤波，问题的关键是在更加紧凑的空间内加工出更大的电容量，制作出精度更高的电阻。但这将使情况更加复杂，尤其是在提倡EMC的今天，元件被排布得更加紧凑”。该公司是超精密电阻、电容的开发者，擅长于薄/厚膜以及批量金属箔制造技术。

事实上，噪声（任何有害的单一或宽带辐射）通过两个方向传播：进入和来自系统。随着高频应用的激增，许多应用中采用了无线装置，更加紧迫的滤波需求主要取决于三个因素。无线技术的趋势是采用最小功率等级，本地产生的噪声成为到达便携装置的主要频谱块。其次，人口密度：人越多，相互邻近的装置越多。此外，设备中的器件也更加紧凑，电感和辐射场相互偶合。半导体器件对直接和间接的电磁影响更加敏感。

Spectrum Control Inc.公司营销主管Leonardo Marsala说：“移动电话本身发射噪声，而每个电话发出的噪声是不同的。不论是PC或钻孔机，事实上任何物体都是一种潜在的噪声源”。该公司是一家主要的LC滤波器制造商，它提供多种EMI/RFI产品、滤波器阵列以及互连产品。

处理噪声和易受干扰问题的公司主要是那些具有丰富电阻和电容制造技术或薄/厚膜制造技术的公司。这些公司是完全不同的，主要分为两种阵营。一种阵营专攻带齐纳二极管的电阻-电容（RC）网络（用于信号线和电源应用）。另一阵营则擅长于LC网络（用于射频和电源应用）。有些则同时生产RC和LC器件。

最新的产品包括从分立精密组件到各种采用多种结构和器件的模块，包括通孔和多层芯片电容和电感器。其它产品依赖于薄/厚膜阵列和硅制造技术。有时候，也有一些在半导体专门技术方面非常著名的制造商染指这一领域。总而言之，所有器件都趋向于尽可能小并且为印制板或表面安装。在任何情况下，滤波器本身并不能构成解决方案，厂家的目的是为了帮助OEM制造商，使其专用系统满足国际标准。来自Bourns Inc. （里弗赛德，加利福尼亚）公司的601系列T型滤波器就是当今RC专家们生产活动的一个缩影，该滤波器针对的是PC、数据终端、测试设备以及过程控制器等应用。其它包括来自KOA Speer Electronics Inc. （Bradford， Pa.）公司的RC网络产品，它们是USB口滤波器、PECL滤波器网络的CTX线以及用于I/O口的CRA10Y抽头滤波器网络。

AVX推出了其新开发的用于EMI的微型滤波器，其直径仅0.073英寸，打破了滤波器的尺寸障碍。椐称这种微型滤波器专门用于航空及航天领域。可提供的方式有焊接型和旋紧型，它们具有L型、C型和T型等多种定制网络。它们具有50，000pF的电容量，工作电压50Vdc至200Vdc。擅长RC阵列的AVX还在表面安装1206阵列、W3F4系列中提供了一种扩张通孔电容线路。它含有用于多线设计的具有双接地连接的四个单元，这种多线设计要求EMI抑制、宽带I/O滤波或电源调理。据AVX称，它还可在5GHz的数字电路中有效地降低噪声。应用领域包括收发器、蜂窝电话、膝上计算机和机顶盒以及汽车和医用设备。

其它还有来自CII Technologies Inc.公司Corcom分部的芯片大小滤波器产品，其B和B-Low Cost系列适用于通用电源滤波。据称它们可与芯片型滤波器媲美。系列中，许多共模LC设计可对线对地噪声实施控制，大小只有1.82×2.53英寸。另一个拥有丰富的滤波器系列、几种EMI滤波器和表面安装能力但没有推出表面安装EMI滤波器的公司是Toko America Inc.。另外两个公司宣布了特种封装技术的进展。IRC Inc. 宣称其RC网络集成度高，并以TaNCap系列和TaNSil技术薄模网络为基础制造。同时，芯片级封装已在开发之中。

在功率半导体方面最著名的STMicroelectronics公司也在走高集成、芯片级的路子。它的EMIF系列包括EMIF10-1K010F1，该公司称该器件系高度集成器件，它采用了一种具有EMI 滤波和ESD保护的倒装法。该双极EMIF10滤波器包含10个电阻和10个电容以及20个用于ESD保护的瞬变抑制二极管。

应用包括计算机和打印机以及移动电话和普通通信系统。其基本低通滤波功能在1MHz频率下具有-20dB的衰减、在100MHz频率下具有-38dB的衰减、在900MHz频率下具有-25dB的衰减、在1.8GHz频率下具有-14dB的衰减。此外，其额定放电保护高达15kV。该公司还拥有KBMF01SC6系列的鼠标和键盘滤波器。它针对的是PS/2口（键盘/鼠标/PC接口），它是为了减小由于键盘扫描操作而产生的辐射、并且为了防止键盘/鼠标控制器免受放电的损害而设计。

专注于分立技术和不断改进滤波效果的公司直接将注意力放在改进电容器技术上。某些最显著的进展包括采用陶瓷电容的频谱控制中取得的进展。它采用专有的基于浸润的工艺，据说该工艺可提供更优的均匀性并且长时间适用后脱层少。该公司拥有用于诸如基站和开关等应用的功率表面安装（PSM）滤波器系列。椐称这些分立EMI/RFI滤波器（单个组件和LC Π型）是首批具有20A容量的滤波组件。AVX称，在其它领域对于设计者来讲其0402 Accu-P薄模系列是仅有的一种在2.4GHz频率下能保证串联谐振频率、ESR以及Q值（品质因子）的器件。它是工业界唯一的微波电容，其容量低至0.1pF，误差降低到±0.01pF。

此外，AVX提供了被称为V2F系列的TransFeed 0805表面安装芯片，该系列芯片在单一芯片上将TransGuard瞬变电压抑制以及通孔电容的特性相结合以实现过电压保护并降低EMI。此前，擅长EMC共模滤波器（ACxxx， Mexxx系列）制造的TDK Corp.of America公司推出其所称的、作为薄模电容替换品的首个带基底金属电极的多层陶瓷芯片电容。据说采用锆酸盐陶瓷和镍电极可获得高稳定性的大容量。

优点包括适于汽车应用的放电特性。在不远的将来车辆中控制局域网（CAN）中的滤波将成为一种挑战。关键在于保证防撞系统（相对碰撞检测）、以及燃油喷射、舒适控制、刹车及气囊等电子设备的正常工作。

目前降低EMI/RFI往往仍然采用事后补救的做法，在消费电子领域更是如此。在电源领域情况也是如此。在美国这种逆向工程设计的途径被视为问题，在电磁兼容方面常常被看作是抢先行动者的欧洲对此则较美国逊色。

随着系统的数量和复杂性的增加这种逆向工程设计的理念将面临改变，良好的工程实践成为基础。Spectrum Control公司的 Marsala说：“事后设计意味着我们要非常迅速地制定解决方案。这样增加了成本和复杂性”，这表明越来越多的客户会在设计的最初阶段寻找有滤波器专门经验的伙伴。

为了适应这种需要，滤波器制造商们正在尽可能地在设计阶段与系统设计者接触。由此，作为最具活力的做法，设计工具被移上了网络。例如，Murata Electronics North America Inc.公司最近推出了一种基本EMI滤波器程序以加速测试和选型。这种免费提供的仿真器可使设计工程师们通过下拉采单选择多种基本滤波器。然后设计者确定基本逻辑系列和印刷板线路（如，其材料和厚度），该程序可在一分钟内评估每个滤波器的特性。该EMI滤波器选择仿真器可以计算滤波器响应和噪声频谱曲线。可立即展开多达10个仿真窗口，简化了比较过程。