Ferrite Bead 擺放位置對 EMI 量測結果的影響

現今消除 EMI 干擾的元件多應用鐵氧體磁珠(Ferrite Bead)，它 是一種抗干擾組件，廉價、易用，濾除高頻雜訊效果顯著。我們選用

“奇力新電子＂公司的 Ferrite Bead，型號：PBY201209T-600Y-N，

表 3-4 為該顆 Bead 的電子特性，圖 3-20 為該顆 Bead 的阻抗特性圖。

表 3-4 Ferrite Bead 的電子特性

38

圖 3-20 Ferrite Bead 的阻抗特性圖

圖 3-20 顯示了 ZRX 的特性曲線，15MHz 以下的響應是電感性的，

Z 和 X 是幾乎相等的。在此區域內，Bead 是一個非常高 Q 值電感；X 和 R 在大約 50MHz 處交叉，在這個頻率，儲存的能量和消耗的能量可 互相匹配。從 50MHz 以上至 750MHz 處的峰值阻抗，感抗下降到零，此 時阻抗變得完全是電阻性的。從峰值阻抗在 750MHz 到之後的頻率，

Bead 變為電容導納。

圖 3-21 為電壓輸出端在加入 bead 後，bead 前後的波形比較圖。

channel 1 為 bead 後的結果；channel 2 為 bead 前的結果，比較其峰 -峰值的結果有下降，可推測在加入 bead 後確實可降低 ringing 所造 成的干擾。以下圖 3-22 至圖 3-27 為加入 bead 的 EMI 測量結果，我們

39

分別改變 bead 的位置，由電壓輸出端、距離電壓輸出端 5 公分處、負 載端，三個位置觀察其 EMI 測量結果。

圖 3-21 電壓輸出端加入 bead 後的前後波形比較

40

圖 3-22

f

^sw=1000kHz，L=1.5μH，電壓輸出端 加 bead 的 EMI 垂直極化量測結果

41

圖 3-23

f

^sw=1000kHz，L=1.5μH，電壓輸出端 加 bead 的 EMI 水平極化量測結果

42

圖 3-24

f

^sw=1000kHz，L=1.5μH，電壓輸出端距離 5cm 處 加 bead 的 EMI 垂直極化量測結果

43

圖 3-25

f

^sw=1000kHz，L=1.5μH，電壓輸出端距離 5cm 處 加 bead 的 EMI 水平極化量測結果

44

圖 3-26

f

^sw=1000kHz，L=1.5μH，負載端 加 bead 的 EMI 垂直極化量測結果

45

圖 3-27

f

^sw=1000kHz，L=1.5μH，負載端 加 bead 的 EMI 水平極化量測結果

46

比較上圖結果可發現，當 bead 愈接近輸出電壓位置，電磁輻射量 測結果的基底在高頻端有被壓抑下來的現象，表 3-5 和 3-6 取 100MHz 前後幾個表現較差的頻率點與未加 bead 的結果做比較，加了 bead 的 結果比起未加的 bead 的結果皆有改善，加在電壓輸出端的結果在某幾 個頻率點下比起負載端有更好的表現。由此可知，隨著切換頻率提高 所 帶 來 的 雜 訊 干 擾 ， 我 們 在 輸 出 電 壓 端 加 上 bead 可 有 效 抑 制 Step-Down DC-DC Converter 內部所產生雜訊干擾。

47

48

49

第四章

結論

現今電子產品的電源系統使用 Switching Regulator 提供给系統 的低直流電壓是一種趨勢。手持裝置產品大多搭載容量有限的電池，

對 電 源 消 耗 可 謂 錙 銖 必 較 ， 降 低 耗 電 量 也 就 是 延 長 待 機 時 間 。 Switching Regulator 不單具有比 Linear Regulator 較好的效率，提 高頻率也能縮小電感的體積進而縮小 PCB 的使用面積與降低電壓漣波

在 Switching Regulator 的輸出電壓端再預留一組可抑制 ringing 現

50

象的 ferrite bead，比起放置在負載端得到的效果更加明顯。從源頭 進行雜訊的壓抑，避免雜訊擴散到後端系統，造成更多電磁輻射干擾，

此時所要壓抑改善此干擾問題所花費的時間和成本，是天壤之別。如 何在提升電源穩定度與避免電磁干擾的課題中，選擇適合的切換頻率 和 bead 是設計人員的一大課題與挑戰。

51

參考文獻

[1] Clayton R. Paul, Second Edition, Introduction to Electromagnetic Compatibility, John Wiley & Sons, Inc., 2006.

[2] 楊克俊 編著，陳一鋒 校訂，電磁相容原理與設計技術，全華科技 圖書，2006 年 10 月。

[3] George C. Chryssis 著，梁適安 譯，高頻交換式電源供應器原理與

設計，麥格羅希爾出版，全華發行，1995。

[4] 蘇家弘，「交換電壓調節器」，http://www.digi-mods.com/knsm071/pwm.doc

[5] 林睿鵬，「DC-DC 轉換電路拓樸初探」，零組件雜誌，2006 年 5 月。

[6] Application Report SLVA057, “Understanding Buck Power Stages in Switchmode Power Supplies,＂ TI Inc., March 1999.

[7] Inderpreet Kour, Navdeep Kaur, “Real Time Ripple Analysis of Buck DC-DC Converter,＂ International Journal of Engineering Research and Applications, Vol. 2, Issue 3, pp.2531-2537, May-Jun 2012.

[8] Application Note AN-1144, “Measuring Output Ripple and Switching Transients in Switching Regulators,＂ Analog Devices Inc.

[9] Application Note AN-1105, “Ripple & Noise Measurements,＂ Excelsys Technologies Ltd., 2011.

[10]Keong W. Kam, David Pommerenke, Cheung-Wei Lam, Robert Steinfeld,

“EMC Guideline for Synchronous Buck Converter Design,＂

Electromagnetic Compatibility, 2009. EMC 2009. IEEE International

52 Symposium, pp47-52, August 2009.

[11]蔡政憲，「防護線對高速數位信號在板級的電磁干擾影響探討」，

國立交通大學電機與控制學程碩士論文，2009。

[12]楊文琳，「利用去耦合電容與 RC 終端改善印刷電路板電源切換雜 訊」，國立交通大學電信工程系碩士論文，2001。

在文檔中 切換式穩壓器的電磁干擾研究 (頁 46-61)