資料介紹
電子產品越來越輕薄短小,電子零件的集積度也就越來越高,而電源、接地噪聲(Noise)與訊號(Signal)及其彼此間的耦合(Coupling)現 象,也變成了電子產品在設計時,主要而必須克服的關鍵因素。
而這些無論是來自于系統外部,或是來自于系統本身的噪聲或訊號,對訊號間的輻射 (Radiation)或傳導(Conduction)干擾問題,若在30MHz到1GHz的頻率范圍,就是所謂的電磁干擾(EMI, Electromagnetic Interference)問題;當影響到了更高頻的無線傳播頻率區段(RF, Radio Frequency)時,則又稱為無線頻段干擾(RFI, Radio Frequency Interference)的問題。而在可攜式產品中,RFI的問題更嚴重影響到了產品的通訊質量。
要解決這些煩人的電磁干擾問題,首先從大的方向來分類,可分為訊號完整性(SI, Signal Integrity)的問題,以及電源完整性(PI, Power Integrity)的問題。在實務的量測解析上,會使用到近場(Near Field)量測的除錯模式(Debug Mode),及遠場(Far Field)量測的驗證模式。如果對于產品的組件特性及邊界條件掌握度夠高,也可以用仿真軟件(如ANSYS、Keysight、CST.。.等公司所提 供的電磁模擬工具)來做模擬驗證與預測。若要對產品中各組件在各種運作下的特性進一步了解,還會使用時頻(Time-Frequency)的數值分析方法 (如FFT, HHT, enhance-Morlet Transfer.。.等)。在產品的設計實務上,要解決這些問題的手法,不外乎必需使用到濾波(Filter)、移頻(Moving Resonant Frequency)、展頻(SSC, Spread Spectrum Clock)。..等手法。
展頻的手法,在現今的科技多已做入了集成電路(IC, Integrated Circuit)中,大多與頻率相關的集成電路都會有展頻的設計,主要用在解決訊號在線的主頻能量太強之問題。移頻則是一種較籠統的解決方案之說法,主要 目的是把有問題的頻率極點位置,移開出目前所在意的頻段范圍。但是如何找到問題率頻點,大多只能仰賴仿真工具來找出頻率響應(Resonant)點,才能 再想對策(如加濾波組件或改變線寬、線長或方向)來重新布局。但是,由前面所提及的解析注意要項中可知,如果對組件特性及邊界條件不夠完整的情形下,非常 容易變成了GIGO(Garbage In Garbage Out)的結果。而使用濾波器則是最為直觀且直接的解決手法,當然其中也蘊含有移頻的意味存在,然而各種濾波器卻有各自的使用方法及限制。
在解決EMI/RFI問題時,最常使用到的濾波器如圖一所示,都是屬于低通濾波裝置。其中π型濾波器(π-Model Filter)是最有效率而簡單的濾波裝置,一般常用的整合性產品又分為CLC及CRC兩種類型,如圖二所示。
CLC濾波裝置可以選擇對主頻率衰減影響最 小為考慮,其最主要是用在當系統內部的訊號在做傳遞時,當只需要對其高頻的倍頻諧波(Homonic)做濾波處理時,能使主頻能量盡量保持原大小,而將高 頻訊號濾除。而CRC類型的濾波器,則主要會使用在系統的接口端,可以具有能選擇較佳阻抗匹配(Impedance Match)的特性,有效降低因為阻抗不匹配所造成的二次干擾問題。
無論那種濾波裝置,要考慮濾掉的頻率能量是多或是少,還必需考慮訊號的傾斜 (Skew)及抖動(Jitter)問題來做決定,因此不一定是把所有的高頻訊號濾掉越多才會越好,有許多時候適當的保留3倍頻及5倍頻甚至7倍頻訊號能 量,會使得眼圖(Eye Diagram)更佳。然而,在差動訊號(Differential Signal)的處理上,正端與負端的訊號必需相位差180度的完整訊號才能得到最佳的眼圖。而來自電源及地端的偶數倍頻諧波或是共模噪聲 (Common-Mode Noise)都會造成差動訊號的失真,參考圖三中左側的訊號。
而這些無論是來自于系統外部,或是來自于系統本身的噪聲或訊號,對訊號間的輻射 (Radiation)或傳導(Conduction)干擾問題,若在30MHz到1GHz的頻率范圍,就是所謂的電磁干擾(EMI, Electromagnetic Interference)問題;當影響到了更高頻的無線傳播頻率區段(RF, Radio Frequency)時,則又稱為無線頻段干擾(RFI, Radio Frequency Interference)的問題。而在可攜式產品中,RFI的問題更嚴重影響到了產品的通訊質量。
要解決這些煩人的電磁干擾問題,首先從大的方向來分類,可分為訊號完整性(SI, Signal Integrity)的問題,以及電源完整性(PI, Power Integrity)的問題。在實務的量測解析上,會使用到近場(Near Field)量測的除錯模式(Debug Mode),及遠場(Far Field)量測的驗證模式。如果對于產品的組件特性及邊界條件掌握度夠高,也可以用仿真軟件(如ANSYS、Keysight、CST.。.等公司所提 供的電磁模擬工具)來做模擬驗證與預測。若要對產品中各組件在各種運作下的特性進一步了解,還會使用時頻(Time-Frequency)的數值分析方法 (如FFT, HHT, enhance-Morlet Transfer.。.等)。在產品的設計實務上,要解決這些問題的手法,不外乎必需使用到濾波(Filter)、移頻(Moving Resonant Frequency)、展頻(SSC, Spread Spectrum Clock)。..等手法。
展頻的手法,在現今的科技多已做入了集成電路(IC, Integrated Circuit)中,大多與頻率相關的集成電路都會有展頻的設計,主要用在解決訊號在線的主頻能量太強之問題。移頻則是一種較籠統的解決方案之說法,主要 目的是把有問題的頻率極點位置,移開出目前所在意的頻段范圍。但是如何找到問題率頻點,大多只能仰賴仿真工具來找出頻率響應(Resonant)點,才能 再想對策(如加濾波組件或改變線寬、線長或方向)來重新布局。但是,由前面所提及的解析注意要項中可知,如果對組件特性及邊界條件不夠完整的情形下,非常 容易變成了GIGO(Garbage In Garbage Out)的結果。而使用濾波器則是最為直觀且直接的解決手法,當然其中也蘊含有移頻的意味存在,然而各種濾波器卻有各自的使用方法及限制。
在解決EMI/RFI問題時,最常使用到的濾波器如圖一所示,都是屬于低通濾波裝置。其中π型濾波器(π-Model Filter)是最有效率而簡單的濾波裝置,一般常用的整合性產品又分為CLC及CRC兩種類型,如圖二所示。
CLC濾波裝置可以選擇對主頻率衰減影響最 小為考慮,其最主要是用在當系統內部的訊號在做傳遞時,當只需要對其高頻的倍頻諧波(Homonic)做濾波處理時,能使主頻能量盡量保持原大小,而將高 頻訊號濾除。而CRC類型的濾波器,則主要會使用在系統的接口端,可以具有能選擇較佳阻抗匹配(Impedance Match)的特性,有效降低因為阻抗不匹配所造成的二次干擾問題。
無論那種濾波裝置,要考慮濾掉的頻率能量是多或是少,還必需考慮訊號的傾斜 (Skew)及抖動(Jitter)問題來做決定,因此不一定是把所有的高頻訊號濾掉越多才會越好,有許多時候適當的保留3倍頻及5倍頻甚至7倍頻訊號能 量,會使得眼圖(Eye Diagram)更佳。然而,在差動訊號(Differential Signal)的處理上,正端與負端的訊號必需相位差180度的完整訊號才能得到最佳的眼圖。而來自電源及地端的偶數倍頻諧波或是共模噪聲 (Common-Mode Noise)都會造成差動訊號的失真,參考圖三中左側的訊號。
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