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美隆電子有限公司 |
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期日: |
2007年4月11日 |
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直流電源線噪音抑制方法比較分析 |
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今天，可攜式電子產品隨處可見，如數位相機、數位視訊設備和音訊播放器。但在這類設備中，PCB上的各種噪音抑制問題 |
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也隨之產生。特別是當使用交流(AC)適配器取代電池為這些設備供電之際，必須更有效地抑制噪音，因為適配器不僅會發 |
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射噪音，且外界的噪音也會從適配器的導線上耦合進來。 |
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DC電源線上的發射噪音 |
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包括可攜式設備在內的許多家用電子設備，基本上都是透過AC適配器供電。AC適配器與可攜式電子設備之間的連接是透 |
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過一根DC導線來實現(圖1)。同樣地，其作用類似於一根天線，與其它外界噪音源一樣，發射噪音就來自這根導線。因此， |
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此電源線的噪音免疫測試就顯得十分必要。 |
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通常情況下，當對設備的噪音採用抑制措施後，其噪音抑制特性會獲得改善，因此研究噪音的產生相當重要。舉例來說， |
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DC/DC轉換器電源電路模組會產生噪音，而內部數位處理電路模組也會產生噪音。 |
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在可攜式設備中，DC/DC模組和DC/DC轉換器IC是電源電路不可缺少的部份。DC/DC轉換器所需電源是透過開關模組控制 |
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所產生，這種開關單元就變成了一種噪音源，這種噪音可泄漏至直流電源線，且透過AC適配器導線發射出去。 |
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同時，隨著可攜式設備功能的增多，所需半導體IC的種類也隨之增多，如具有更高處理性能和大容量記憶體的微處理器。 |
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同時，隨著處理量的增加和數據處理速度的提高，電路要求有更高速率的IC處理晶片。當IC運作時，大量寬頻噪音就隨之 |
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圖1：可攜式電子設備的噪音環境。 |
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圖2：數位相機中的磁環。 |
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噪音抑制 |
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一般說來，可攜式電子設備的內部噪音是透過DC電源線以共模的方式輸出的，如在AC適配器導線上，其噪音可用共模噪 |
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音濾波器進行有效抑制。 |
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在許多情況下，帶有AC適配器的可攜式設備所產生的共模噪音均是透過在線上加一個鐵氧體磁環來抑制(圖2)。儘管這是 |
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一個有效的噪音抑制方式，但它也有許多缺點，如加上磁環之後導線會變得沈重和龐大，且外觀不雅。而採用一個小尺寸 |
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的晶片式共模扼流圈來抑制此類導線的共模噪音則是不錯的選擇。 |
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效果評估 |
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為了評估DC電源線上的EMI靜噪濾波器噪音抑制效果，我們開發了一款模擬可攜式設備的評估電路板(圖3)。它透過AC適配 |
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器取得DC電源，同時配備了一個類似電源功能模組的DC/DC轉換器電路，並放置了一個類似於內部數位處理電路的時脈電路。 |
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圖3：評估電路。 |
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圖4是一個評估電路板，它在DC電源模組上安裝了一個晶片式共模扼流圈，作為DC電源線的EMI靜噪濾波器，AC適配器被 |
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掛在一個放有評估電路板的測試桌上。如此將可測試垂直模式噪音，此噪音代表了來自桌上的噪音。 |
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圖4：評估方式。 |
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根據測試數據，噪音的發射範圍在幾十MHz到800MHz範圍內。因此，可推斷噪音是從DC/DC轉換器和內部數位處理電路 |
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傳向AC適配器，透過電源線發射出來。 |
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因此，我們製作了兩個不同模式下的噪音比較：1. 在AC適配器電源線加裝一個鐵氧體磁環；2. 在DC輸出模組上加裝一個晶 |
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片式共模扼流圈。之前我們發現，不同的鐵氧體磁芯尺寸會產生不同的共模阻抗。針對此次的比較測試，我們採用了一個標 |
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準尺寸的磁環(約φ20mm，長度約40mm)和一個晶片式共模扼流圈(100MHz時阻抗值為1,400Ω)。結果顯示晶片式共模扼流圈 |
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靜噪效果較好。當然，使用更大尺寸的磁環或增加電源在磁環上的繞線數也會得到較高的阻抗值，然而，這樣做仍有缺點如 |
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導線的重量會增加，同時外觀也顯得凌亂。因此，採用晶片式共模扼流圈取代笨重的磁環是個不錯的選擇。 |
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村田已開發出DLW5BT系列晶片式共模扼流圈，結合了小尺寸、低厚度和大阻抗值等特點，適合可攜式設備和小型DC/DC轉 |
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換模組的DC電源線上噪音抑制應用。此類產品現已應用在一些可攜式電子設備上。 |
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本文小結 |
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本文是關於可攜式電子設備DC電源線使用晶片式模扼流圈的一些討論，當然，這個EMI濾波器同樣適用於採用其它DC電 |
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源類的電子設備、DC/DC轉換器或電池充電器。 |
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另外，村田也推出了BNX系列EMI濾波器，具備電容、磁珠、穿心電容等，非常適合電源線濾波應用。這些產品具備較佳的 |
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靜噪效果(35dB或更高，從1MHz到1GHz)，同時可良好抑制共模噪音與正常模式噪音。其10A的額定電流適用於可攜式設備、 |
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測試設備、工業電子產品和平面電視等領域。 |
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作者： |
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電源電路的安全與可靠性設計 |
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Koichi Takashima |
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靜電放電的防制 |
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工程師 |
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多元化應用推動半導體產業成長 |
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EMI事業部技術1課 |
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為元件選擇過程提供更公平合理的性能參數 |
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日本村田製作所 |
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將手機和可攜式設備視訊輸出到電視 |
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