如何使用NSS来衰减组件和电缆中的EMI设计

任何电子产品必须先通过适用的电磁兼容性（EMC）测试，然后才能投入其预定的市场。接受预防胜于治疗是公认的，从开发的早期阶段设计合规性通常是理想的。可以采用各种方法，从应用已知的最佳实践到使用EMC仿真器（如果可用），以及在内部或与专业合作伙伴进行EMC预测试。

尽管制定了最佳计划，但是在认可的测试机构进行强制测试可能会带来一些惊喜。快速需要解决方案。在开发的后期阶段进行任何重大的重新设计都是昂贵的，并且会导致延迟。典型的方法包括在已知的故障点放置额外的低通滤波器（通常使用铁氧体磁珠），以减少传导干扰或引入屏蔽以阻止辐射发射并保护敏感组件。

作为替代方案，复合磁性材料也可以作为柔性板使用，可以对其进行修剪和成形以在特定位置阻挡EMI信号。这些噪声抑制片（NSS）材料具有各种磁导率等级，允许设计人员通过选择合适的值和合适的厚度来衰减给定频带中的干扰。可以将材料切成合适的尺寸，并使用自粘背衬作为屏蔽层。

NSS材料相对易于使用，并且绕开了通常在生产金属屏蔽罩时遇到的定制设计和制造难题，而金属屏蔽罩必须在最终组装过程中粘合或拧入到位。也许不太为人所知的是，NSS可以在电线（例如电力线）周围形成，以将铁氧体磁珠和铁芯包裹在电缆上，从而很好地替代它，并使用方便且易于生产的热缩套管轻松固定（图1）。

图1这是工程师如何使用NSS来衰减组件和电缆中的EMI的方法。资料来源：KEMET

但是，在干扰抬起头时，将NSS置于故障点作为战术响应只是这些材料的多种使用方式之一。如果将NSS早期设计到产品中，它也可以成为战略盟友。除了帮助确保符合EMC标准外，它还可用于增强系统性能的各个方面，例如能效和静电放电（ESD）保护。

因此，检查NSS的结构和属性可以帮助设计人员了解其多功能性，并为广泛的应用程序提供支持。

NSS的组成和性质

NSS是一种复合磁性材料，它是通过将微米级磁性材料粉末混入聚合物基料中制成的（图2）。

图2 NSS是一种复合磁性材料。资料来源：KEMET

该材料的复磁导率（μ）包括两个分量μ '和μ ' '。μ '的值决定了材料能够很好地支撑磁通量，而μ ' '表示吸声效果。

在数学上，它表示为：

μ=μ ' - Jμ ' '

在此，μ '和μ ' '分别类似于电感和电阻特性。随着信号频率的增加，μ '达到阈值并开始迅速下降，而μ ' '上升（图3）。

图3 NSS材料具有复杂的渗透率等级。资料来源：KEMET

通过仔细控制这些特性，KEMET创建了Flex Suppressor NSS系列，该系列产品具有衰减噪声信号和在1 MHz至40 GHz的各个频带中维持磁通量的特性（图4）。它们用于从消费电子产品和汽车信息娱乐到超高频（SHF）设备（例如5G基础设施）的应用。

图4 NSS材料可以衰减各种频率范围内的有害噪声。资料来源：KEMET

NSS吸收噪音

认识到在任何电子设计项目的开始都应适当考虑EMC设计，因此从一开始就可以将NSS视为解决方案的一部分。此外，除了防止与附近设备发生不必要的交互作用之外，防止系统干扰自身也很重要。

任何系统都可能包含许多干扰源，例如来自机壳内部或屏幕或扬声器孔径等开口的信号反射，以及从IC或电缆发出的噪声。在多板组件中，防止基板之间的串扰也很重要。将滤波器在线放置在多个点上，并引入屏蔽以处理各种噪声信号会使设计复杂化，并增加材料清单的成本。或者，应用一个或几个单独的NSS可以更快，更简单。无需电路板固定件，接地或LC滤波器之类的焊接组件。

图5显示了NSS，用于对无线设备（如移动设备，IoT节点和网关）以及远程控制中的接收器电路进行传感，以确保可靠的通信和最佳的范围。这样，有效利用NSS可以降低RF发射器的功率要求并简化接收器设计，并具有诸如低功耗，长电池寿命和小尺寸等优点。

图5使用NSS可以改善RF接收器的灵敏度。资料来源：KEMET

此外，可以如图6所示应用NSS，以保护电路免受ESD的影响，ESD可能导致诸如控制器和线路驱动器之类的系统组件发生故障。

图6 NSS也可用于防止ESD。资料来源：KEMET

优化μ ′以进行磁通整形

诸如Flex Suppressor EFW系列之类的NSS公式已经过优化，以增强发射器和接收器之间的电磁耦合（图7）。因此，设计人员可以增强无线电力传输（WPT）系统的性能，以确保更快的充电速度和更高的能效，从而降低拥有成本。

图7小心放置NSS可以提高WPT效率。资料来源：KEMET

Flex Suppressor也可以有效地用于RFID系统中，以改善阅读器电磁能的耦合，从而激活附近的标签。图8显示了将NSS直接放置在阅读器天线后面如何封送辐射能量，否则这些辐射能量会丢失，从而增强了天线前面的磁场。

图8将NSS材料调谐到13.56 MHz可以优化RFID读取器性能。资料来源：KEMET

作为产生效果的一个例子，使用针对ISO1444 / 1443 RFID规范中标准化的13.56-MHz频率进行了优化的NSS材料，阅读器可以激活标签的距离可以增加85毫米，或将近300％。 45至130毫米。

如以上设计示例所示，NSS材料可以通过多种方式有效地实现器件集成。它不仅可以在发生EMC故障时提供紧急附加功能，还可以有效地支持EMC设计中的最佳实践以及各种信号完整性角色，以提高系统性能，特别是在对功耗敏感的无线设备中。

通过利用磁通整形特性，设计人员还可以利用NSS来提高WPT效率并最大限度地提高RFID阅读器性能，最终将紧凑，美观，使用满意且拥有自己的产品推向市场。

编辑：hfy