实现卓越产品性能的EMI抑制设计

传统上，电磁吸收材料常被用来帮助通过EMC测试，但在有经验的设计人员手中，还可以用来为从小型物联网设备到RFID和无线功率传输（WPT）系统等应用提高性能和效率。

EMC一致性

任何电子产品在被投放到其目标市场之前都必须通过适用的EMC测试。如果想要防患于未然的话，那么从开发的早期阶段就应把一致性作为设计目标，这样通常就比较理想。有许多方法都可以采用——从运用已知的最佳实践到使用EMC仿真器（如果有的话），以及在公司内部或与专业合作伙伴一起进行EMC预测试。

然而，尽管计划非常周到，但在经正规测试机构进行强制性测试时，可能会出现事与愿违的情况。这时就需要快速提供一种解决方案——在这种后期开发阶段，任何重大的重新设计，都会付出昂贵代价并会导致产生延误。典型的方法包括在已知故障点设置额外的低通滤波器（通常是使用铁氧体磁珠），从而减少传导干扰，或引入屏蔽，从而阻止辐射发射或保护敏感元器件。

作为一种替代方案，复合磁性材料是以柔性片材的形式供货，这样就可以对其进行修剪和成型而在特定位置阻挡EMI信号。这种噪声抑制片（NSS）材料具有各种磁导率等级，这样设计人员就可通过选择合适的值和合适的厚度来衰减给定频段内的干扰。这种材料可切割成合适的尺寸，并使用自粘背衬作为屏蔽层使用。

NSS材料相对易于使用，并可绕过定制设计和制造过程中所常遇到的挑战，那就是制造金属屏蔽层时，必须在最终组装期间将其粘合或拧紧到位。或许很少有人知道，NSS可以围绕电线（例如电源线）制作，也即可以将其缠绕在电缆上，并使用方便且便于生产的热缩套管轻松将其固定或放置到外层护套之下，从而作为铁氧体磁珠和磁芯的优雅替代品（图1）。

图1 用NSS来衰减来自元器件和电缆的EMI

然而，将NSS放置在问题点而作为干扰出现时的应对策略，只是这种材料可供运用的众多方式之一。如果在早期阶段就将NSS设计到产品当中的话，还可使其成为有价值且强大的战略伙伴。除了可帮助确保满足EMC一致性以外，它还可用于增强系统性能的各个方面，例如能效和ESD耐受能力。

对NSS的结构和特性进行检查，可帮助设计人员了解其多功能性以及广泛的潜在应用。

NSS组成和特性

NSS是一种将微米级磁性材料粉末混合到聚合物基体中而制成的复合磁性材料，如图2所示。

图2 NSS详细信息

这种材料具有复数磁导率（μ），也即它包括两个分量：μ'和μ''。µ'的值决定了材料对磁通量的支持程度，而µ''表示噪声吸收效果。

用数学表示即为：

μ = μ' - j μ''

µ'和µ''分别类似于电感和电阻两种特性。随着信号频率的增加，μ'达到阈值并开始迅速下降，而µ''则会上升，如图3所示。

图3 NSS材料的复数磁导率

通过仔细控制这些特性，基美电子（KEMET）创建了FLEX SUPPRESSOR^® NSS系列产品，这种产品具有多种特性，可以用来在1MHz至40GHz的各种频段内衰减噪声信号和维持磁通量（图4）。可以将它用于从消费电子和汽车信息娱乐到超高频（SHF）设备（如5G基础设施）的各种应用。

图4 NSS材料可用来衰减各种频率范围内的有害噪声

用NSS实现噪声吸收

如果想要在任何电子设计项目开始时就正确考虑EMC设计，那么从一开始就可以将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，例如来自外壳内部或开口（例如屏幕或扬声器孔）的信号反射，以及从IC或电缆辐射的噪声。在多PCB板的组装中，防止基板之间的串扰也很重要。在电路中的多个点放置滤波器，以及引入屏蔽，从而处理各种噪声信号，都会使设计复杂化并使材料清单增加。或者，采用一个或多个单独的NSS，则可以更快、更简单、更智能。这样就不需要占用电路板空间、接地或焊接元器件，例如LC滤波器。

如图5所示，可使用NSS降低移动设备、物联网节点和网关以及遥控器等无线设备中接收器电路的灵敏度，从而确保可靠的通信和最佳范围。通过这种方式，有效使用NSS可降低RF发射器的功率要求并简化接收器设计，从而提供市场优势，例如降低总功耗、延长电池寿命以及降低尺寸。

图5 使用NSS降低RF接收器的灵敏度

此外，如图6所示，可使用NSS保护电路免受静电放电（ESD）的影响，从而避免导致系统元器件（如控制器和线路驱动器）发生故障。

图6 NSS在ESD保护中的作用

优化μ'，实现磁通整形

NSS配方（例如FLEX SUPPRESSOR EFW系列）已经过优化，据此就可增强发射器和接收器之间的电磁耦合，如图7所示。因此，设计人员可通过增强无线输电（WPT）系统的性能，确保更快的充电，从而提高用户满意度，并提高能源效率，从而降低总拥有成本。

图7 仔细放置NSS可提高WPT效率

FLEX SUPPRESSOR还可以有效地用于RFID系统，从而改善阅读器激活附近标签时的电磁能量耦合。如图8所示，将NSS直接放置在阅读器天线材料之后，可降低辐射能量，否则就需要使用更多的能量来加强天线前面的磁场。

图8 将NSS调谐到13.56MHz，可优化RFID阅读器的性能

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13.56MHz频率进行优化的NSS材料，阅读器激活标签的距离可增加85mm，或接近300%，从45mm到130mm。

总结

NSS材料（例如FLEX SUPPRESSOR系列）可通过多种方式有效地用于实现器件集成。它不仅可以在发生EMC失效事件时作为紧急附加元件，还可以有效地支持EMC设计中的最佳实践，以及实现各种信号完整性作用，从而提高系统性能，特别是在对功耗敏感的无线设备中。通过利用通量整形特性，设计人员还可以利用NSS来提高无线输电的效率并最大限度地提高RFID读取器的性能，从而最终向市场提供小巧、优雅、使用令人满意并且经济实惠的优质产品。