EMI噪声抑制与实战指南
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Recently equipment is influenced by itself EMI noise.
3
1. EMC现状概况
Wifi LCD
而同时通讯设备也含有越来越 多的娱乐功能
And the communication equipment integrate more and more entertainment function
Base Band IC
30 25 20 15 10 5 0 -5 820
Noise Level [dBuV]
Noise Level [dBuV]
830
840
850
860
870
830
840
850
860
870
Frequency [MHz]
Frequency [MHz]
Tuner / Wireless LAN LCD-MOD
测试条件 待测物: Japan CDMA制式手机 信道: 76ch(Primary CH) 测试项目: PCB板噪声分布图
加入EMI滤波器
EMI filter insert point
NFA21SL307
FPCB
Base Band IC
LCD
Camera
RF MMIC
RF Area
Base Band Area
Noise Level [dBuV]
830
840
850
860
870
Frequency [MHz]
Frequency [ MHz])
900
950
1000
噪声源变得越来越多，同时噪声的频率也变得更高
Noise source is increasing and getting higher frequency.
(dBm/Hz)
每种应用要求的灵敏度
-40
Noise Level （dBm/Hz）
-60 -80
CISPR standard GSM
CISPR22 3m @1 GHz
-60
: 47dBuV/m
-100 -120
-80 -100 -120
ISDB-T
-140 -160 -180 10
Digital TV GSM WCDMA
Evaluate the Receiving Sensitivity
3.2 测试板的分析
Evaluate on the Test Hale Waihona Puke Baiduoard
3.3 辐射噪声分析
Radiation Noise Evaluation
4. 总结
Summary
2
1. EMC现状概况
数字设备的增加
Increasing digital equipments
8
3. 近场分析案例
3.1 手机灵敏度分析
LCD Lines
65 60 N oise Level [dBuV ] 55 50 45 40 35 30 25 20 800 850 900 Frequency [MHz] 950 1000
LCD Control IC
30 25 20 15 10 5 0 -5 820
CAMERA -MOD Conducted noise
N ise L v l [ d u ]) o ee BV
70
RF-MOD / IC
DC/DC Converter
30 25 20 15 10 5 0 -5 820
Camera Lines
60 50 40 30 20 10 800 850
Radiated noise Desensitization
RF Level [dBm]
-100 -102 -104 -106 -108
近场测试结果
Near Field Test Result
-110 0 10 20 30 40 50 60 70 CH [ch] 80 90 100 110 120
Notes：For GSM and WCDMA
我们很容易从这张噪声分布图中找出噪声源
电路保护和电磁兼容技术研讨会
Circuit Protection and EMI/EMC Solution Conference 2009.11.12 Shanghai, China
近场分析在EMC领域的应用
The Application of Near Field Evaluation in EMC
DC-DC converter
USB
4
1. EMC现状概况
内部系统的EMC问题
Intra-system EMC is …
噪声等级 无法连接
RF 信号
Doesn’t connect (T_T)
噪声 CH
当噪声的强度大于信号强度的时候我们无法连接信号
We can’t communicate if noise level is bigger than signal.
噪声分布图测试范围 Noise distribution map measurement point
11
3. 近场分析案例
3.1 手机灵敏度分析
测试结果
Measurement Result
待机模式
Standby mode
摄像头工作模式 （没有滤波器）
Before action No Filter
摄像头工作模式 （加入NFA21SL307）
: -100dBm : -104dBm : -106.7dBm
KTB noise level
100 Frequency （MHz） 1000
-140 -160 -180
为了解决系统内部EMC问 题，最好让噪音水平比标准 线低很多
这是一个简单的评估比较模型，实际的性能和结果要实际测试
6
2. 近场测量法
After action Insert NFA21SL307
灵敏度
Receiving level
-106.0 dBm
-101.5 dBm
-104.5 dBm
噪声能量
Noise Level
通过噪声分布图我们很容易去发现噪声源并去验证我们的解决方案
From the noise distribution map we can find out the noise source and verify our solution
Sub LCD
Noise Filter
Clock Data
Main LCD
LCD Controller
Base Band Processor Application Processor
Camera Module
14
3. 近场分析案例
3.2 测试板分析 (1)
测试结果
Measurement Result
功能： 1. 利用磁场探头进行采集信号能量 2. 旋转探头取得最大磁通量 3. 根据采集数据绘制能量分布图
0°
45°
90°
135°
叠加
7
2. 近场测量法
测试结果
Measurement Result
通过这张图我们可以得到该PCB板详细的噪声分布情况
From this map we can get the detail information of the noise on PCB.
越来越多的EMC问题
Increasing EMC problems.
每个电子设备都在成为干扰者和受扰者
Every equipments behave as assailant and victim.
对于未来的设备希望具备以下的能力 1. 较少的电磁辐射 2. 很好的抗干扰能力
同时现在设备也面临了一个内部噪声干扰的问题
？ ？
HDD memory Bluetooth Various of Bus
TFT-LCD or OLED Camera Class D Amplifier GPS HDD RF-ID Tuner
如今数字设备集成了越来越多的无线通讯功能
The Digital Equipment integrate more and more wireless function
村田（中国）投资有限公司 技术中心 EMC工程师
胡衡毅
议程
1. EMC现状概况
The Overview of EMC Situation
2. 近场测量法
Near Field Measurement Method
3. 近场分析案例
Example of Near Field Evaluation
3.1 手机灵敏度分析
From this near field result it’s easy for us to find the noise source
10
3. 近场分析案例
3.1 手机灵敏度分析
通过近场测试改进接收灵敏度
Improve the receiving sensitivity through the near field test result
减低高频噪声 Possible to reduce high frequency noise
15
3. 近场分析案例
3.2 测试板分析 (1) 共模扼流线圈 DLW，DLP系列
■ 外观
DLW21S系列
阻抗特性
Impedance Characteristics
DLW21H系列
DLP11S系列 DLP0NS系列 DLP2AD系列
12
3. 近场分析案例
3.1 手机灵敏度分析 LC滤波器 NFA系列
■ 外观
插损特性
Insertion Loss Characteristics
NFA21SL系列
NFA18SL系列
13
3. 近场分析案例
3.2 测试板分析 (1) 近场测试板共模噪声抑制分析
Evaluate the common mode noise on evaluation board by near field test
插损特性
Insertion Loss Characteristics
(50 ohm - 50 ohm)
■ 外观
NFM21P系列
I.L. (dB)
10 20 30 40 50 60 70 80
普通陶瓷电容
NFM21PS系列
NFM18PC105 （1608）
9
3. 近场分析案例
3.1 手机灵敏度分析
通过近场测试改进接收灵敏度
Improve the receiving sensitivity through the near field test result
接收灵敏度结果
Receiving Sensitivity Result
-96 -98
No Filter NFA21SL307X1A4
这就是内部噪声所引起的灵敏度下降
To decrease receiving sensitivity by own noise.
5
1. EMC现状概况
噪音标准和应用灵敏度的比较
Comparison between Noise Standard and Sensitivity of Application
Load （12Ω）
Choke coil LTC3406B 2.25MHz
4V Li–ion Battery Antenna Element 190mm 150mm
使用普通电容
MLCC
使用了三端子电容
when use 3 terminal capacitor
NFM
17
when use 2 terminal capacitor
Transmitter IC
Receiver IC
Tx side
Noise Filter
Cable
Rx side
没有滤波器
Without filter
共模扼流线圈
Common Mode Choke Coil DLP2ADN670HL4 （67Ω at 100MHz）
噪声在进场结果又衰减
800~1000MHz
-70 -80 Noise Level [ dBm ] -90 -100 -110 -120 0 200 400 600 Frequency [ MHz ] 800 1000 GR+GR NFM+NFM 底噪
改善了 10dB
18
3. 近场分析案例
3.2 测试板分析 (2) 三端子电容 NFM系列
0
3. 近场分析案例
3.2 测试板分析 (2) 测试结果
Measurement result
使用普通电容
when use 2 terminal capacitor
使用了三端子电容
when use 3 terminal capacitor
近场测试结果很清晰的显示了不同元器件在噪声抑制方面的表现
The near field result clearly shows the different performance between these two component.
16
3. 近场分析案例
3.2 测试板分析 (2)
Capacitor for output 10μF
我们使用这块分析板来模拟手机中DC-DC 转换电路.
This evaluation board is for DC-DC converter circuit.
Capacitor for input 4.7μF
3
1. EMC现状概况
Wifi LCD
而同时通讯设备也含有越来越 多的娱乐功能
And the communication equipment integrate more and more entertainment function
Base Band IC
30 25 20 15 10 5 0 -5 820
Noise Level [dBuV]
Noise Level [dBuV]
830
840
850
860
870
830
840
850
860
870
Frequency [MHz]
Frequency [MHz]
Tuner / Wireless LAN LCD-MOD
测试条件 待测物: Japan CDMA制式手机 信道: 76ch(Primary CH) 测试项目: PCB板噪声分布图
加入EMI滤波器
EMI filter insert point
NFA21SL307
FPCB
Base Band IC
LCD
Camera
RF MMIC
RF Area
Base Band Area
Noise Level [dBuV]
830
840
850
860
870
Frequency [MHz]
Frequency [ MHz])
900
950
1000
噪声源变得越来越多，同时噪声的频率也变得更高
Noise source is increasing and getting higher frequency.
(dBm/Hz)
每种应用要求的灵敏度
-40
Noise Level （dBm/Hz）
-60 -80
CISPR standard GSM
CISPR22 3m @1 GHz
-60
: 47dBuV/m
-100 -120
-80 -100 -120
ISDB-T
-140 -160 -180 10
Digital TV GSM WCDMA
Evaluate the Receiving Sensitivity
3.2 测试板的分析
Evaluate on the Test Hale Waihona Puke Baiduoard
3.3 辐射噪声分析
Radiation Noise Evaluation
4. 总结
Summary
2
1. EMC现状概况
数字设备的增加
Increasing digital equipments
8
3. 近场分析案例
3.1 手机灵敏度分析
LCD Lines
65 60 N oise Level [dBuV ] 55 50 45 40 35 30 25 20 800 850 900 Frequency [MHz] 950 1000
LCD Control IC
30 25 20 15 10 5 0 -5 820
CAMERA -MOD Conducted noise
N ise L v l [ d u ]) o ee BV
70
RF-MOD / IC
DC/DC Converter
30 25 20 15 10 5 0 -5 820
Camera Lines
60 50 40 30 20 10 800 850
Radiated noise Desensitization
RF Level [dBm]
-100 -102 -104 -106 -108
近场测试结果
Near Field Test Result
-110 0 10 20 30 40 50 60 70 CH [ch] 80 90 100 110 120
Notes：For GSM and WCDMA
我们很容易从这张噪声分布图中找出噪声源
电路保护和电磁兼容技术研讨会
Circuit Protection and EMI/EMC Solution Conference 2009.11.12 Shanghai, China
近场分析在EMC领域的应用
The Application of Near Field Evaluation in EMC
DC-DC converter
USB
4
1. EMC现状概况
内部系统的EMC问题
Intra-system EMC is …
噪声等级 无法连接
RF 信号
Doesn’t connect (T_T)
噪声 CH
当噪声的强度大于信号强度的时候我们无法连接信号
We can’t communicate if noise level is bigger than signal.
噪声分布图测试范围 Noise distribution map measurement point
11
3. 近场分析案例
3.1 手机灵敏度分析
测试结果
Measurement Result
待机模式
Standby mode
摄像头工作模式 （没有滤波器）
Before action No Filter
摄像头工作模式 （加入NFA21SL307）
: -100dBm : -104dBm : -106.7dBm
KTB noise level
100 Frequency （MHz） 1000
-140 -160 -180
为了解决系统内部EMC问 题，最好让噪音水平比标准 线低很多
这是一个简单的评估比较模型，实际的性能和结果要实际测试
6
2. 近场测量法
After action Insert NFA21SL307
灵敏度
Receiving level
-106.0 dBm
-101.5 dBm
-104.5 dBm
噪声能量
Noise Level
通过噪声分布图我们很容易去发现噪声源并去验证我们的解决方案
From the noise distribution map we can find out the noise source and verify our solution
Sub LCD
Noise Filter
Clock Data
Main LCD
LCD Controller
Base Band Processor Application Processor
Camera Module
14
3. 近场分析案例
3.2 测试板分析 (1)
测试结果
Measurement Result
功能： 1. 利用磁场探头进行采集信号能量 2. 旋转探头取得最大磁通量 3. 根据采集数据绘制能量分布图
0°
45°
90°
135°
叠加
7
2. 近场测量法
测试结果
Measurement Result
通过这张图我们可以得到该PCB板详细的噪声分布情况
From this map we can get the detail information of the noise on PCB.
越来越多的EMC问题
Increasing EMC problems.
每个电子设备都在成为干扰者和受扰者
Every equipments behave as assailant and victim.
对于未来的设备希望具备以下的能力 1. 较少的电磁辐射 2. 很好的抗干扰能力
同时现在设备也面临了一个内部噪声干扰的问题
？ ？
HDD memory Bluetooth Various of Bus
TFT-LCD or OLED Camera Class D Amplifier GPS HDD RF-ID Tuner
如今数字设备集成了越来越多的无线通讯功能
The Digital Equipment integrate more and more wireless function
村田（中国）投资有限公司 技术中心 EMC工程师
胡衡毅
议程
1. EMC现状概况
The Overview of EMC Situation
2. 近场测量法
Near Field Measurement Method
3. 近场分析案例
Example of Near Field Evaluation
3.1 手机灵敏度分析
From this near field result it’s easy for us to find the noise source
10
3. 近场分析案例
3.1 手机灵敏度分析
通过近场测试改进接收灵敏度
Improve the receiving sensitivity through the near field test result
减低高频噪声 Possible to reduce high frequency noise
15
3. 近场分析案例
3.2 测试板分析 (1) 共模扼流线圈 DLW，DLP系列
■ 外观
DLW21S系列
阻抗特性
Impedance Characteristics
DLW21H系列
DLP11S系列 DLP0NS系列 DLP2AD系列
12
3. 近场分析案例
3.1 手机灵敏度分析 LC滤波器 NFA系列
■ 外观
插损特性
Insertion Loss Characteristics
NFA21SL系列
NFA18SL系列
13
3. 近场分析案例
3.2 测试板分析 (1) 近场测试板共模噪声抑制分析
Evaluate the common mode noise on evaluation board by near field test
插损特性
Insertion Loss Characteristics
(50 ohm - 50 ohm)
■ 外观
NFM21P系列
I.L. (dB)
10 20 30 40 50 60 70 80
普通陶瓷电容
NFM21PS系列
NFM18PC105 （1608）
9
3. 近场分析案例
3.1 手机灵敏度分析
通过近场测试改进接收灵敏度
Improve the receiving sensitivity through the near field test result
接收灵敏度结果
Receiving Sensitivity Result
-96 -98
No Filter NFA21SL307X1A4
这就是内部噪声所引起的灵敏度下降
To decrease receiving sensitivity by own noise.
5
1. EMC现状概况
噪音标准和应用灵敏度的比较
Comparison between Noise Standard and Sensitivity of Application
Load （12Ω）
Choke coil LTC3406B 2.25MHz
4V Li–ion Battery Antenna Element 190mm 150mm
使用普通电容
MLCC
使用了三端子电容
when use 3 terminal capacitor
NFM
17
when use 2 terminal capacitor
Transmitter IC
Receiver IC
Tx side
Noise Filter
Cable
Rx side
没有滤波器
Without filter
共模扼流线圈
Common Mode Choke Coil DLP2ADN670HL4 （67Ω at 100MHz）
噪声在进场结果又衰减
800~1000MHz
-70 -80 Noise Level [ dBm ] -90 -100 -110 -120 0 200 400 600 Frequency [ MHz ] 800 1000 GR+GR NFM+NFM 底噪
改善了 10dB
18
3. 近场分析案例
3.2 测试板分析 (2) 三端子电容 NFM系列
0
3. 近场分析案例
3.2 测试板分析 (2) 测试结果
Measurement result
使用普通电容
when use 2 terminal capacitor
使用了三端子电容
when use 3 terminal capacitor
近场测试结果很清晰的显示了不同元器件在噪声抑制方面的表现
The near field result clearly shows the different performance between these two component.
16
3. 近场分析案例
3.2 测试板分析 (2)
Capacitor for output 10μF
我们使用这块分析板来模拟手机中DC-DC 转换电路.
This evaluation board is for DC-DC converter circuit.
Capacitor for input 4.7μF