什么是高頻電路?他有什么作用?對于高頻電路而言，如何把控EMI和EMC的管理?從提高可再生能源的成本平價，到使我們每個人都能擁有一臺經(jīng)濟實惠、始終在線的通信設備，再到為物聯(lián)網(wǎng)進行供電和連接，高效率的電源轉(zhuǎn)換和普遍存在的無線連接將是深刻影響可持續(xù)性和生活標準的兩個趨勢。
另一方面，為確保設備滿足電磁兼容性(EMC)法規(guī)，兩者都存在更嚴峻的挑戰(zhàn)。它們需要在目標環(huán)境中正常運行，同時又不會干擾附近的其他設備。此外，隨著高速開關和高頻RF設備擠占電磁環(huán)境，全球主要市場的EMC法規(guī)正變得越來越嚴格。展望未來，網(wǎng)聯(lián)汽車等創(chuàng)新技術有望使競爭進一步加劇，為圍繞日常消費級電氣設備的EMC問題增加一個安全關鍵性方面。
寬帶隙效應
在電源轉(zhuǎn)換領域，碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)等寬帶隙半導體技術正在進行商業(yè)化，以提高傳統(tǒng)硅器件的性能：傳導損耗更低，芯片尺寸可以降低，進而成本可以降低，擊穿電壓更高，溫度性能增加，更快的開關速度可使用更小的平滑和去耦元件。
然而，盡管開關頻率增加可實現(xiàn)更大的功率密度和更低的能量損耗，但皮秒級的開關沿會使諧波深入到射頻領域。新功率器件的壓擺率會比傳統(tǒng)硅器件高得多：例如，與標準MOSFET 0-10V的柵極電壓相比，為確保SiC器件的可靠開關，其柵極電壓必須在+15V和-3V之間擺動，此外，如果使用較高的直流母線電壓來提高效率，晶體管兩端的dV/dt也會很高。對于大約1MHz的開關頻率，相關諧波的幅度即使對于高達幾百MHz的頻率也會很麻煩。為確保符合EMC標準，這些問題必須得到處理。
與此同時，隨著應用和使用趨勢的不斷發(fā)展，越來越多的設備不可避免地在鄰近區(qū)域內(nèi)共存，EMC法規(guī)正變得越來越嚴格。這些無線設備將會越來越多，包括移動設備、平板電腦和物聯(lián)網(wǎng)基礎設施，它們通過蜂窩、WLAN、PAN、LPWAN或sub-GHz RF、GSM / CDMA、2.4GHz或5GHz Wi-Fi或 2.4GHz的Bluetooth? 5等其他各種頻段實現(xiàn)網(wǎng)絡連接。
最新的歐盟EMC指令2014/30/EU提供了一個很好的例子。修訂后的技術限制要求降低傳導和輻射發(fā)射，提高抗擾度，以證明合規(guī)性。歐盟的新立法框架更加重視市場監(jiān)督，以便發(fā)現(xiàn)和排除不合規(guī)產(chǎn)品的銷售。EMC指令2014/30/EU中引用了各種技術規(guī)范，包括鐵路信號設備用EN 50121-4、電力設備用50121-5、家用電氣產(chǎn)品和設備用EN 55014，以及IT設備和多媒體設備用EN 55022和55032等新文件。滿足這些技術規(guī)范是證明合規(guī)性的一個方面，另一個方面則是保持令人滿意的文件。
在北美，美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)已在其第15部分立法中規(guī)定了EMC要求。對于輕工業(yè)和工業(yè)應用，分別使用國際IEC 61000-6-3和IEC 61000-6-4 EMC標準。
應對電源噪聲
因此，隨著電源系統(tǒng)設計推動開關頻率升高，而使噪聲信號進入ISM無線電頻段或者附近，EMC合規(guī)性變得越來越重要但更難實現(xiàn)。歷史上，包含傳統(tǒng)硅IGBT或MOSFET的開關電源轉(zhuǎn)換器的典型噪聲頻譜，涵蓋大約10kHz至50MHz的頻率范圍。其中大部分都在CISPR/CENELEC和FCC噪聲標準規(guī)定的傳導發(fā)射范圍(9kHz至30MHz)內(nèi)。
傳導噪聲可以以差模噪聲(也稱為正常模式)或共模噪聲的形式存在，并在電源和電源線或信號線之間耦合。差模噪聲是因設備預期運行而產(chǎn)生，并跟隨信號線或電源線流動，而共模噪聲是在信號線或電源線和非預期傳導路徑(例如機殼部件或大地)之間耦合。
傳導噪聲通常通過插入包含電容器和/或電感器的電源線或信號濾波器來處理。通常，電容器面向高阻抗電路——可能是電源或負載——而電感器則用來連接低阻抗電路。如果電源和負載都是高阻抗，則可以使用純電容濾波器，或使用π型濾波器來實現(xiàn)更陡的頻率響應。
全球標準機構已制定無源濾波器規(guī)范，例如基于IEC 60939的歐洲EN 60939規(guī)范，以及適用于美國的UL 1283或MIL-F-15733。基美電子的濾波器符合適用標準，可提供各種配置，包括單相或三相、機殼安裝、電路板安裝或饋通濾波器，電流額定值從低于1A至2500A。對于必須符合EN 55015發(fā)射標準而能在歐盟市場上銷售的醫(yī)療設備或照明設備等應用，還有一些特殊的濾波器。
衰減高頻噪聲
北美標準和歐洲標準將頻率高于30MHz的干擾信號歸類為輻射發(fā)射。主要的輻射源包括電纜和設計不良的PCB走線。工程師應始終采用最佳設計實踐，包括盡可能縮短這些電纜和走線，并在電路板上將任何傳送信號對的走線緊密地布置在一起。但是，這種方法并不總是能夠解決EMC挑戰(zhàn)，我們需要采取額外措施來衰減高頻噪聲信號。
從根本上說，處理輻射噪聲的策略是，通過施加磁損耗來將高頻噪聲能量轉(zhuǎn)換為熱量。例如，將電纜穿過鐵氧體磁芯，可以衰減高頻輻射EMI。 由于電纜的自感，導磁鐵芯與共模噪聲電流產(chǎn)生的磁場相互作用，而在高頻下呈現(xiàn)高阻抗。將電纜多次穿過磁芯，可增加任何給定頻率的噪聲衰減。差模電流和低頻信號電流產(chǎn)生的磁通量最小，因此衰減很小。
柔性屏蔽解決方案
PCB走線等其他高頻噪聲輻射源，必須以不同的方式——通常采用某種形式的屏蔽——來解決。接地金屬屏蔽很有效，但會增加成本和小外殼，而可能無法為屏蔽及其機械固定和接地連接提供足夠的空間。如果在項目后期才發(fā)現(xiàn)噪聲問題，可能沒有時間設計這樣的元件。
由高磁導率磁性材料制成的柔性屏蔽材料，可提供方便經(jīng)濟的解決方案。這種方法廣為認可，實際上，用于測量其電磁特性的方法，已在IEC 62333中進行了標準化。該標準旨在確保板材制造商清楚地展示其產(chǎn)品的性能，而使最終用戶可在實踐中獲得可比較的結果。
圖1：抑制板材的組成結合了能量吸收特性和靈活性。
其他成熟應用包括ESD保護、無線充電和RFID范圍增強，以及在筆記本電腦和移動設備等多無線電設備中，通過防止反射干擾來抵消接收器靈敏度降低。Flex Suppressor有幾種滲透率等級，為設計人員提供了各種噪聲頻率的有效選擇。它們包括相對磁導率為60的標準等級和值為130的超高磁導率材料。還有值為20的超低磁導率版本，可在Wi-Fi頻率范圍內(nèi)提供極高的噪聲衰減。
總結
高頻噪聲源和更嚴格的法規(guī)，對設法在其最新設計中使用寬帶隙半導體的電源設計人員構成挑戰(zhàn)。鐵氧體磁芯和高磁導率抑制材料正在不斷發(fā)展，以期抵抗頻率高達1GHz甚至更高的輻射噪聲。以上就是高頻電路的相關解析，希望能給大家?guī)椭?/p>