只需一个元件即可实现高效的EMC解决方案

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2014 五月

用于智能手机高频噪声抑制的片式磁珠

只需一个元件即可实现高效的EMC解决方案

随着智能手机支持越来越多的频段，其工作频率不断提高，最高可达数GHz。为此TDK发布了MMZ系列积层片式磁珠，只需一个小型元件即可在较宽的频率范围内有效地抑制噪声。

如何为当今的智能手机与平板电脑实现高效的EMC设计对设计工程师来说是一项极具挑战性的任务。这些设备不仅将天线集成在狭小的空间内来实现2G、3G，甚至4G服务，而且还要提供越来越多的附加功能，比如WLAN、蓝牙、GPS连接、摄像机以及高分辨率显示屏。从EMC角度来看，这意味着信号频率会越来越高，并将延伸至GHz范围并产生谐波，最终导致EMC环境变得更加复杂，使得电磁干扰 (EMI) 或噪声等级更高。因此，在GHz频段内进行噪声控制成为了一个至关重要的课题。

由于Tx和Rx天线之间的距离很近，来自移动通讯Tx和Rx信号的EMI会严重影响智能手机的性能。即使是低等级的噪声也会引起天线输入功率的大幅增加，从而降低接收灵敏度。尽管这在信号较强的地方问题不大，但在Tx信号较弱的地方用户会很难接收到信号。

智能手机支持多个频段同样也会增加自身的设计难度。由于每个频段都需要进行噪声控制，EMC元件的数量就会增加，这导致移动设备更小更薄的要求难以得到满足。为精简元件数量并节约空间，智能手机设计师们一直在寻找超紧凑并同时可覆盖更宽频段的EMC元件。

为满足下一代移动设备的EMC要求，TDK发布了3个新型号以扩展积层Gigaspira^®片式磁珠的阵容：

MMZ-1005V，拥有GHz 频段内世界最高的阻抗；
MMZ-0603E，是现有MMZ-1005E的小型化版本；
MPZ-1005E，具有低直流电阻、高电流处理能力、高阻抗的特点。

此外，由于新型Gigaspira片式磁珠覆盖频段广泛，所以只需一块芯片即可有效地控制多个频段的噪声。

片式磁珠的噪声抑制基本原理

片式磁珠是一种通过与潜在EMI发射源的传输线路并联来抑制噪声的元件。由于使用便利，它们广泛用于各种设备中。

作为片式磁珠主要特性的抗阻(Z)是电抗 (X) 与电阻 (R) 的合成电阻。电抗分量在低频范围内占主导，并起到反映噪声的电感器的作用。随着频率增加，电阻分量不断增加，起到将噪声转化为热量并吸收的作用。图1显示了片式磁珠的典型频率特性。

图1：片式磁珠的典型频率特性

最大衰减发生在电感元件电抗降为0时，因此TDK Gigaspira磁珠可在很宽的频率范围上抑制噪声。

内部导体纵向缠绕

Gigaspira片式磁珠采用了TDK专利的积层结构与铁氧体技术从而实现了更高的阻抗。图2显示了普通片式磁珠与最新的Gigaspira片式磁珠的内部结构。在普通片式磁珠中，内部导体中的线圈元件 (L)、内部导体间的杂散电容 (C) 以及外部电极会产生自身谐振（LC谐振），且当频率范围高于自谐振频率 (SRF) 时阻抗会降低。

Gigaspira片式磁珠的线圈沿纵向缠绕并与端子平面垂直，这不仅减少了杂散电容，而且还将SRF增大至更高的频率区域。

图2：内部结构与自谐振频率 (SRF) 之间的关系

普通片式磁珠中，线圈的缠绕方向与电极端子平面平行（左），从而在内部导体中产生端子电极电容以及杂散电容。而TDK Gigaspira磁珠则是垂直缠绕（右）的，显著减少了端子电极的杂散电容并增大了自谐振频率 (SRF)。

纵向缠绕另一个好处是可以增加线圈绕圈的数量，因此阻抗比普通片式磁珠更高（图3）。这有助于将阻抗延伸到高频范围并能够消除高频段噪声分量，而普通磁珠则无法做到这点。因此Gigaspira作为高效的EMC元件存在于智能手机和其他需要使用多个通信频段的设备中。EMI水平测试结果也同样验证了Gigaspira磁珠优异的噪声抑制效果（图4）。

图3：TDK Gigaspira片式磁珠优异的阻抗和频率特性

由于杂散电容低，TDK Gigaspira磁珠能够在高频范围内抑制EMI，这是普通磁珠所无法做到的。

图4：TDK Gigaspira磁珠与普通片式磁珠的噪声抑制对比

凭借特殊的线圈设计，TDK Gigaspira磁珠在很宽的频率范围内的阻抗值明显高于普通片式磁珠（左）。由于阻抗值更高，Gigaspira磁珠比普通元件具有更好的噪声抑制性能（右）。

广泛的Gigaspira片式磁珠产品线

TDK可提供4款Gigaspira磁珠产品阵容（见下表）。

首先是MMZ-V系列，它具有在GHz频段内业内最高的阻抗。这种磁珠在0.7 GHz至3 GHz的频率范围内的阻抗尤其高，因此能够抑制MMZ-E系列无法消除的噪声。所以该系列对于常见于LTE或WLAN数GHz下的典型干扰以及其他高频噪声具有优异的抑制性能。

MMZ1005-E系列的自谐振频率 (SRF) 已提高至GHz频段，远高于普通片式磁珠。因此只需一个元件即可在很宽的频率范围内进行有效的噪声控制。与MMZ-V系列一样，其阻抗处于GHz范围内，同样远高于普通型号。该系列基于4种不同材料共有14种类型，涵盖广泛的频率范围，适合对一般到高速的信号进行噪声抑制。

MMZ0603-E系列的阻抗值与1005相当，但尺寸为小型EIA 0604封装 (0.6 mm × 0.3 mm × 0.3 mm)。这意味着体积和封装面积分别比1005封装减少78%和64%。借助优化的内部构造，MMZ0603-E的SRF比体积更大的MMZ1005-E元件更高。该系列基于3种不同材料共有8种类型，涵盖广泛的频率范围，适合对一般到高速的信号进行噪声抑制。

第4种是MPZ-E系列。由于相比MMZ-E系列，其直流电阻更低而电流能力更高，它非常适合用于电源线或在信号线中用来确保低功耗。MPZ-E系列的阻抗值比标准的MPZ型号更高。该系列包括在整个宽频下（至GHz范围）都具有高阻抗的S型以及在GHz范围阻抗值急剧增大的F型。

表：TDK Gigaspira片式磁珠关键参数

系列	串联阻抗 @ 100 MHz [Ω]*	串联阻抗 @ 1 GHz [Ω]**	串联阻抗 @ 2.5 GHz [Ω]**	直流电阻 [Ω]	额定电流 [mA]
MMZ-V	75 到 180	500 到 1200	1400 到 3000	0.9 到 1.6	150 到 250
MMZ1005-E	47 到 2200	800 到 3000	--	0.65 到 2.2	150 到 300
MMZ0603-E	600 到 1000	1000 到 1800	--	1.6 到 2.6	125 到 150
MPZ-E	33 到 330	200 到 600	--	0.22 到 0.45	700 到 1500

* ± 25 %
** ± 40 %