任何電子產(chǎn)品都必須通過適用的電磁兼容性 (EMC) 測試，然后才能投放到目標市場。認識到預防勝于治療，從開發(fā)的早期階段就進行合規(guī)性設計通常是理想的選擇。可以采取各種方法，從應用已知的最佳實踐到使用 EMC 模擬器(如果有)，以及在內(nèi)部或與專業(yè)合作伙伴一起進行 EMC 預測試。

然而，盡管計劃周密，但在經(jīng)批準的測試機構進行強制測試可能會帶來意外。需要盡快找到解決方案;在如此后期的開發(fā)階段進行任何重大的重新設計都是昂貴的并且會導致延誤。典型的方法包括在已知的故障點放置額外的低通濾波器(通常使用鐵氧體磁珠)，以減少傳導干擾或引入屏蔽以阻止輻射發(fā)射并保護敏感組件。

作為替代方案，復合磁性材料可作為柔性片材使用，可以對其進行修剪和成型，以阻止特定位置的 EMI 信號。這些噪聲抑制片 (NSS) 材料具有各種磁導率等級，允許設計人員通過選擇適當?shù)闹岛秃线m的厚度來衰減給定頻段內(nèi)的干擾。該材料可以切割成適當?shù)某叽?，并使用自粘背襯用作防護罩。

NSS 材料相對易于使用，并且繞過了生產(chǎn)金屬屏蔽層時通常遇到的定制設計和制造挑戰(zhàn)，而金屬屏蔽層在最終組裝過程中必須粘合或用螺釘固定到位。也許不太為人所知的是，NSS 可以圍繞電源線等電線形成，作為鐵氧體磁珠和磁芯的優(yōu)雅替代品，方法是將其纏繞在電纜上，并使用方便且易于生產(chǎn)的熱縮套管輕松固定(圖 1)。

圖 1以下是工程師如何應用 NSS 來衰減組件和電纜的 EMI。

然而，當干擾出現(xiàn)時，將 NSS 放置在麻煩地點作為戰(zhàn)術響應只是這些材料的多種使用方式之一。在產(chǎn)品的早期階段設計時，NSS 也可以成為戰(zhàn)略盟友。除了幫助確保 EMC 合規(guī)性之外，它還可以用于增強系統(tǒng)性能的各個方面，例如能源效率和靜電放電 (ESD) 保護。

因此，檢查 NSS 的結構和屬性可以幫助設計人員了解其多功能性和對廣泛應用的支持。

NSS 成分和特性

NSS是在聚合物基體中混合微米級磁性材料粉末而制成的復合磁性材料(圖2)。

圖2 NSS是一種復合磁性材料。

該材料具有復磁導率 (μ)，包括兩個分量 μ '和 μ ' '。 μ '的值決定了材料支撐磁通量的能力，而 μ ' '則表示噪聲吸收效果。

在數(shù)學上，它表達如下：

μ = μ ′ – j μ ′ ′

這里，μ '和 μ ' '分別類似于電感和電阻特性。隨著信號頻率的增加，μ '達到閾值并開始快速下降，同時 μ ' '上升(圖 3)。

圖 3 NSS 材料具有復雜的滲透率等級。

通過仔細控制這些特性，KEMET 創(chuàng)建了 Flex Suppressor NSS 系列，該系列具有衰減噪聲信號和維持 1 MHz 至 40 GHz 不同頻段內(nèi)磁通量的特性(圖 4)。它們用于從消費電子產(chǎn)品和汽車信息娛樂到超高頻 (SHF) 設備(例如5G基礎設施)的應用。

圖 4 NSS 材料可以衰減各種頻率范圍內(nèi)的不需要的噪聲。

NSS 噪聲吸收

認識到在任何電子設計項目開始時都應適當考慮 EMC 設計，NSS 從一開始就可以被視為解決方案的一部分。此外，除了防止與附近設備發(fā)生不必要的交互之外，防止系統(tǒng)自身干擾也很重要。

任何系統(tǒng)都可能包含大量干擾源，例如來自外殼內(nèi)部或屏幕或揚聲器孔等開口的信號反射，以及 IC 或電纜輻射的噪聲。在多板組裝中，防止基板之間的串擾也很重要。在電路中的多個點放置濾波器，并引入屏蔽來處理各種噪聲信號，可能會使設計復雜化并增加材料清單?；蛘?，應用一個或多個單獨的 NSS 可以更快、更簡單。無需電路板空間、接地或焊接組件(例如 LC 濾波器)。

圖 5顯示了用于無線設備(例如手機、物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點和網(wǎng)關)以及遠程控制中的靈敏度降低接收器電路的 NSS，以確?？煽康耐ㄐ藕妥罴逊秶?。這樣，有效使用 NSS 可以降低射頻發(fā)射器功率要求并簡化接收器設計，從而具有低功耗、長電池壽命和小尺寸等優(yōu)點。

圖 5 NSS 的使用改善了 RF 接收器的靈敏度降低。

此外，如圖 6所示，可以應用 NSS來保護電路免受 ESD 的影響，ESD 可能導致控制器和線路驅動器等系統(tǒng)組件發(fā)生故障。

圖 6 NSS 還可用于 ESD 保護。

優(yōu)化 μ ′以實現(xiàn)通量整形

Flex Suppressor EFW 系列等 NSS 公式已經(jīng)過優(yōu)化，可增強發(fā)射器和接收器之間的電磁耦合(圖 7)。因此，設計人員可以增強無線充電 (WPT) 系統(tǒng)的性能，以確保更快的充電速度和更高的能源效率，從而降低擁有成本。

圖 7仔細放置 NSS 可以提高 WPT 效率。

Flex Suppressor還可有效地用于 RFID 系統(tǒng)，以改善讀取器電磁能的耦合，從而激活附近的標簽。圖 8顯示了如何將 NSS 直接放置在讀取器天線后面來整理輻射能量，否則輻射能量會因加強天線前面的場而損失。

圖 8針對 13.56 MHz 調(diào)諧的 NSS 材料可以優(yōu)化 RFID 讀取器性能。

作為所產(chǎn)生效果的示例，使用針對 ISO1444/1443 RFID 規(guī)范中標準化的 13.56 MHz 頻率進行優(yōu)化的 NSS 材料，閱讀器激活標簽的距離可增加 85 毫米，即幾乎 300%，從45 至 130 毫米。

如上述設計實例所示，NSS材料可以通過多種方式有效地使用來實現(xiàn)器件集成。它不僅僅是 EMC 故障時的緊急附加組件，它還可以有效支持 EMC 設計和各種信號完整性角色的最佳實踐，以提高系統(tǒng)性能，特別是在注重功耗的無線設備中。

通過利用通量整形特性，設計人員還可以利用 NSS 來提高 WPT 效率并最大限度地提高 RFID 讀取器性能，最終向市場提供緊湊、優(yōu)雅、使用令人滿意且擁有經(jīng)濟的產(chǎn)品。