抑制噪声用元器件发展趋势与今后技术展望
2005-07-26 08:48:26
来源：《国际电子变压器》2005年8月刊
1抑制噪声的重要性
伴随数字化整机的普及，由电子整机中产生的无用电磁波给社会带来很大问题，世界各国在实施抑制噪声法规以来，已有近二十年的历史。在这期间，抑制噪声技术和抑制噪声用元器件发展很快。不过，随着电子整机的高功能化、多功能化和网络化等，又产生了新的噪声问题，对应这些问题，今后必须采取新的抑制噪声技术，继续开发新型抑制噪声用元器件。
1.1噪声的高频化
当前，电子整机发展趋势和抑制噪声的研究课题示于图1。由图可知，首先引人注目的趋势表现在整机的高功能化和多功能化的急速发展方面。个人电脑和TV游戏机可使用GHz频段时钟脉冲，PDP和液晶TV以及DVD机等的数字AV设备，都显示出高清晰度画面，为了处理和记录这些大容量的图象数据，需要大量使用在高速工作下的IC。由这样的数字化整机中产生的噪声，涉及到GHz频段，即使在DVD驱动盘插入口的打开处也有产生辐射噪声的因素，很难采取抑制噪声的措施。
1.2普及多相传输大容量数据
电子整机的一个显著发展潮流，就是为网络化而普及多相传输大容量数据。在数字化整机之间，为了相互交换图象等大量数据，虽然普及了USB和IEEE-1394等高速差动传输方式，但由其多相高速差动产生的噪声给机身带来的问题还很多。预计今后将会普及TMDS、IEEE-1394b和串联ATA等超过1Gbps的各种高速差动传输方式，在确保其高速差动传输电路的信号品位的前提下，应采取新的抑制噪声技术。
1.3无线功能与数字电路的相互干扰
由于手机等的普及，对心脏起搏器或助听器等医疗电器带来很大影响。一方面，在手机上附带高精细彩色液晶模块或照相模块，由这些模块产生的噪声，因在微弱电波状态下，降低了手机自身的通信灵敏度，使手机的灵敏度受到影响。附带无线LAN的个人电脑也会产生同样的问题。这样的无线功能和数字电路混装带来的相互干扰今后还会增加，采取相应的措施就显得极为重要。
2抑制噪声元器件的技术发展动向
为了满足整机的要求，有各式各样的抑制噪声元器件用于整机中，并且每时每刻都在进行改进。图2示出了具有代表性的抑制噪声用元器件。抑制噪声元器件大致分为带引线型和贴片型，沿着整机的小型轻量化的要求，目前以小型片式元器件为中心正在推进开发。下面重点叙述图3所示的抑制噪声元器件的技术发展动向。
2.1抑制GHz频段噪声用的元器件
伴随噪声的高频化，迫切希望采用抑制GHz频段噪声用的元器件。图4示出了为改善高频特性而采取抑制GHz频段噪声措施用的片式铁氧体磁珠之例。
一般的片式铁氧体磁珠，根据线圈的内部电极与外部电极的寄生电容，在几百MHz的高频下，将会产生阻抗下降的现象。日本村田公司，为降低片式铁氧体磁珠的寄生容量，内部电极采用横绕结构，使BLM18H系列产品改善了接近1GHz的阻抗特性，并将商品化。该公司不仅对电极的内部结构进行了改进，还通过降低铁氧体材料的介电常数进一步降低了寄生容量，对应GHz频段的BLM18GG系列片式铁氧体磁珠也已实现了商品化。该产品进一步提高了使用频率，可抑制几GHz下的噪声。特别是在手机或无线LAN的通信频率下，可产生1KΩ以上的阻抗，这是对无线功能和数字电路混装的电子整机解决噪声问题的大贡献。
2.2高速IC的去耦措施
随着IC工作频率的提高，使用过去的两端子旁路电容器很难抑制IC电源的变化，这是因电容器的内部电极产生的微小剩余电感，使电容器产生自谐振，超过谐振频率后，没有降低旁路电容器的阻抗所造成的。工作频率超过100KHz的IC产生的问题更为明显。为解决上述存在的问题，采用将旁路电容器并联的方法，可减少剩余电感，但要增加元器件的数量，带来贴装面积的增加。正如图5所示，为了解决这一问题，使用片式三端子电容器作为高速IC的旁路电容器增加了外壳。利用片式三端子电容器的内部电极结构，剩余阻抗比一般的片式二端子电容器减少十分之一左右，为此，具有优越的高速响应性，用一只产品可置换几只二端子型旁路电容器。
2.3抑制高速差动接口电路的噪声
作为电子整机的接口，普遍采用USB或IEEE-1394等高速差动传输方式。这些接口伴随信号速度的高速化，使用铁氧体磁珠或三端子电容器等的不平衡型滤波器，很难抑制所产生的噪声，这时要使用共模扼流圈。抑制USB接口电路的噪声例示于图6。
2.4抑制噪声元器件的小型、阵列化
伴随小型便携式整机中抑制噪声元器件的使用量不断增加，迫切要求元器件的小型化和阵列化。最近0603尺寸的片式铁氧体磁珠和2012尺寸的四阵列产品已实现商品化，大多使用在便携式手机等通信产品中。1608尺寸的片式三端子电容器也使线路减少了空间，在DVD机等产品中，作为高性能旁路电容器被广泛使用。片式共模扼流圈因过去是以卷绕式线圈为主流，小型化比较晚，自采用薄膜微细加工技术后，大幅度缩小了体积。具体小型化实例示于图7。尺寸达到1.25×1.0mm的产品与过去卷绕式片式共模扼流圈比较，贴装面积大约减少了一半左右。广泛应用于手机或数码照相机等小型高密度产品中。
3今后的抑制噪声元器件研究课题
数字整机所用的信号频率今后会越来越高，以此为研究课题，利用抑制EMI元器件，可谋求进一步改善高频特性。在超过几百MHz的高速信号线路上插入抑制噪声元器件，不仅具有去除噪声的作用，而且还可减少噪声对信号的影响。以往，在高速差动接口上使用的片式共模扼流圈，在设计上就考虑到了信号品位。今后在开发抑制噪声元器件中仍然要考虑信号的品位。
随着电子整机的小型轻量化和高功能化的进展，抑制噪声元器件也将进一步的小型扁平化，预计将大大改善高频特性。为了充分发挥抑制噪声元器件的性能，应确立小型产品的表面贴装技术，在确立元器件周边技术的基础上，运用基板设计最大限度地发挥元器件的特性。
伴随数字化整机的普及，由电子整机中产生的无用电磁波给社会带来很大问题，世界各国在实施抑制噪声法规以来，已有近二十年的历史。在这期间，抑制噪声技术和抑制噪声用元器件发展很快。不过，随着电子整机的高功能化、多功能化和网络化等，又产生了新的噪声问题，对应这些问题，今后必须采取新的抑制噪声技术，继续开发新型抑制噪声用元器件。
1.1噪声的高频化
当前，电子整机发展趋势和抑制噪声的研究课题示于图1。由图可知，首先引人注目的趋势表现在整机的高功能化和多功能化的急速发展方面。个人电脑和TV游戏机可使用GHz频段时钟脉冲，PDP和液晶TV以及DVD机等的数字AV设备，都显示出高清晰度画面，为了处理和记录这些大容量的图象数据，需要大量使用在高速工作下的IC。由这样的数字化整机中产生的噪声，涉及到GHz频段，即使在DVD驱动盘插入口的打开处也有产生辐射噪声的因素，很难采取抑制噪声的措施。
1.2普及多相传输大容量数据
电子整机的一个显著发展潮流，就是为网络化而普及多相传输大容量数据。在数字化整机之间，为了相互交换图象等大量数据，虽然普及了USB和IEEE-1394等高速差动传输方式，但由其多相高速差动产生的噪声给机身带来的问题还很多。预计今后将会普及TMDS、IEEE-1394b和串联ATA等超过1Gbps的各种高速差动传输方式，在确保其高速差动传输电路的信号品位的前提下，应采取新的抑制噪声技术。
1.3无线功能与数字电路的相互干扰
由于手机等的普及，对心脏起搏器或助听器等医疗电器带来很大影响。一方面，在手机上附带高精细彩色液晶模块或照相模块，由这些模块产生的噪声，因在微弱电波状态下，降低了手机自身的通信灵敏度，使手机的灵敏度受到影响。附带无线LAN的个人电脑也会产生同样的问题。这样的无线功能和数字电路混装带来的相互干扰今后还会增加，采取相应的措施就显得极为重要。
2抑制噪声元器件的技术发展动向
为了满足整机的要求，有各式各样的抑制噪声元器件用于整机中，并且每时每刻都在进行改进。图2示出了具有代表性的抑制噪声用元器件。抑制噪声元器件大致分为带引线型和贴片型，沿着整机的小型轻量化的要求，目前以小型片式元器件为中心正在推进开发。下面重点叙述图3所示的抑制噪声元器件的技术发展动向。
2.1抑制GHz频段噪声用的元器件
伴随噪声的高频化，迫切希望采用抑制GHz频段噪声用的元器件。图4示出了为改善高频特性而采取抑制GHz频段噪声措施用的片式铁氧体磁珠之例。
一般的片式铁氧体磁珠，根据线圈的内部电极与外部电极的寄生电容，在几百MHz的高频下，将会产生阻抗下降的现象。日本村田公司，为降低片式铁氧体磁珠的寄生容量，内部电极采用横绕结构，使BLM18H系列产品改善了接近1GHz的阻抗特性，并将商品化。该公司不仅对电极的内部结构进行了改进，还通过降低铁氧体材料的介电常数进一步降低了寄生容量，对应GHz频段的BLM18GG系列片式铁氧体磁珠也已实现了商品化。该产品进一步提高了使用频率，可抑制几GHz下的噪声。特别是在手机或无线LAN的通信频率下，可产生1KΩ以上的阻抗，这是对无线功能和数字电路混装的电子整机解决噪声问题的大贡献。
2.2高速IC的去耦措施
随着IC工作频率的提高，使用过去的两端子旁路电容器很难抑制IC电源的变化，这是因电容器的内部电极产生的微小剩余电感，使电容器产生自谐振，超过谐振频率后，没有降低旁路电容器的阻抗所造成的。工作频率超过100KHz的IC产生的问题更为明显。为解决上述存在的问题，采用将旁路电容器并联的方法，可减少剩余电感，但要增加元器件的数量，带来贴装面积的增加。正如图5所示，为了解决这一问题，使用片式三端子电容器作为高速IC的旁路电容器增加了外壳。利用片式三端子电容器的内部电极结构，剩余阻抗比一般的片式二端子电容器减少十分之一左右，为此，具有优越的高速响应性，用一只产品可置换几只二端子型旁路电容器。
2.3抑制高速差动接口电路的噪声
作为电子整机的接口，普遍采用USB或IEEE-1394等高速差动传输方式。这些接口伴随信号速度的高速化，使用铁氧体磁珠或三端子电容器等的不平衡型滤波器，很难抑制所产生的噪声，这时要使用共模扼流圈。抑制USB接口电路的噪声例示于图6。
2.4抑制噪声元器件的小型、阵列化
伴随小型便携式整机中抑制噪声元器件的使用量不断增加，迫切要求元器件的小型化和阵列化。最近0603尺寸的片式铁氧体磁珠和2012尺寸的四阵列产品已实现商品化，大多使用在便携式手机等通信产品中。1608尺寸的片式三端子电容器也使线路减少了空间，在DVD机等产品中，作为高性能旁路电容器被广泛使用。片式共模扼流圈因过去是以卷绕式线圈为主流，小型化比较晚，自采用薄膜微细加工技术后，大幅度缩小了体积。具体小型化实例示于图7。尺寸达到1.25×1.0mm的产品与过去卷绕式片式共模扼流圈比较，贴装面积大约减少了一半左右。广泛应用于手机或数码照相机等小型高密度产品中。
3今后的抑制噪声元器件研究课题
数字整机所用的信号频率今后会越来越高，以此为研究课题，利用抑制EMI元器件，可谋求进一步改善高频特性。在超过几百MHz的高速信号线路上插入抑制噪声元器件，不仅具有去除噪声的作用，而且还可减少噪声对信号的影响。以往，在高速差动接口上使用的片式共模扼流圈，在设计上就考虑到了信号品位。今后在开发抑制噪声元器件中仍然要考虑信号的品位。
随着电子整机的小型轻量化和高功能化的进展，抑制噪声元器件也将进一步的小型扁平化，预计将大大改善高频特性。为了充分发挥抑制噪声元器件的性能，应确立小型产品的表面贴装技术，在确立元器件周边技术的基础上，运用基板设计最大限度地发挥元器件的特性。
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