共模電感如何解決數(shù)據(jù)量增長帶來高頻EMI問題

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠(yuǎn)）三大無源器件電阻、電容和電感是任何硬件電路都離不開的基礎(chǔ)被動元器件。各個應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)都有著這些被動元器件的身影，這些被動元器件不僅關(guān)系到硬件電路整體的穩(wěn)定性，還決定了電子設(shè)備整體質(zhì)量的優(yōu)劣。

電感是互感和自感的總成，是閉合電路中基礎(chǔ)的物理量。電感器則是利用電感特性，能夠把電能轉(zhuǎn)化為磁能而存儲起來的元件，由繞組、磁芯等原材料組成，又被稱為扼流圈。電感的細(xì)分種類不少，其中共模電感是一類解決EMI問題很受歡迎的器件。

數(shù)據(jù)接口升級帶來大量共模噪聲干擾

目前數(shù)據(jù)傳輸接口、差分線路接口都在往更高的速度迭代，以廣泛應(yīng)用的MIPI為例，2003年成立的MIPI聯(lián)盟，自2007年發(fā)布D-PHY協(xié)議，已經(jīng)從v1.0版本開始已經(jīng)迭代了多個版本。MIPI D-PHY協(xié)議現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用在智能手機(jī)上面，包括其他的帶屏設(shè)備。隨著帶屏設(shè)備的快速發(fā)展，人們對屏幕的像素，攝像頭的像素要求有了更大的提升，協(xié)議的傳輸速率也在快速提升。2011年出現(xiàn)的M-PHY協(xié)議，2013年出現(xiàn)的C-PHY協(xié)議都是為了進(jìn)一步提高傳輸速率。

M-PHY協(xié)議因為功耗和相關(guān)配套設(shè)備的問題應(yīng)用較少，D-PHY和C-PHY在現(xiàn)在帶屏設(shè)備中大量應(yīng)用著。隨著協(xié)議版本迭代，傳輸速率逐漸提高，傳輸速率的提高也帶來了更多的高頻共模噪聲干擾。信號線跟接口之間的共模噪聲還有高頻噪聲，會輻射到周邊的器件，使得周邊器件的接收靈敏度大幅下降。

在這種應(yīng)用中，串聯(lián)一顆共模電感一直是可以有效解決這種高頻共模干擾的一種解決方案。除了從源頭上減少共模噪聲的產(chǎn)生，使用共模電感幾乎是最常用且性價比最高的解決EMI問題的辦法。

其應(yīng)用原理也非常簡單，在線路中串聯(lián)共模電感，增大共?；芈返淖杩?，使得共模電流被電感消耗和阻擋，從而抑制線路中的共模噪聲。

共模電感發(fā)展趨勢

共模電感主要應(yīng)用在移動通訊、汽車、工業(yè)等行業(yè)，其中手機(jī)等移動通訊領(lǐng)域是共模電感最大的下游市場。雖然移動通訊是電感最大下游市場，但醫(yī)療航空、汽車、工業(yè)用電感價值量更高，尤其是汽車領(lǐng)域，隨著汽車電子系統(tǒng)傳輸速率進(jìn)一步升級，數(shù)據(jù)接口向更高速率迭代也帶來了大量共模噪聲問題，共模電感的需求水漲船高。

通訊設(shè)備和汽車領(lǐng)域?qū)材ｋ姼械拇罅啃枨笠怖瓌恿斯材ｋ姼械氖袌鲈鲩L，據(jù)Global Info Research調(diào)研，2021年全球共模電感市場規(guī)模約為6.685億美元，預(yù)計2028年將達(dá)到9.167億美元，2022至2028期間年復(fù)合增長率為4.6%。

為了應(yīng)用傳輸速率升級，共模電感也呈現(xiàn)出高頻化的發(fā)展趨勢。傳輸速率上去之后，線路上高頻噪聲的頻點就會越來越高，這對共模電感的抑制頻點也會要求越來越高。另一個趨勢則是被動元器件共同的發(fā)展趨勢，小型化，主要是為了應(yīng)對終端設(shè)備多功能化導(dǎo)致的設(shè)計空間不足，比如像智能手機(jī)，功能越來越多，它的PCB板空間受限越來越大，會要求元器件越來越小。

共模電感技術(shù)路線

目前來看主流的共模電感路線有兩種，一種是通過陶瓷、鐵氧體、銀進(jìn)行多材料燒結(jié)，在內(nèi)部形成精細(xì)的導(dǎo)電電極并形成多層多圈繞線結(jié)構(gòu)，提升共模阻抗、差模損耗等指標(biāo)數(shù)值。這種技術(shù)方案非常契合USB3.0、MIPI和HDMI這些高速差分信號，因為這種電感設(shè)計通過改變線圈設(shè)計可以實現(xiàn)480MHz-2.4GHz的共模噪聲抑制。而且采用高耦合設(shè)計，這種技術(shù)路線在差分信號的損耗上非常小。

另一種技術(shù)路線是將非磁性鐵氧體、磁性鐵氧體等材料進(jìn)行燒結(jié)，這種方案因為原材料的特性，可以將尺寸做得非常小，在小尺寸上實現(xiàn)大共模阻抗，成型的共模電感可靠性很高。這種技術(shù)路線更契合低速寬頻的抑制需求，比如USB2.0、MIPI-D PHY。

小結(jié)

在數(shù)據(jù)量不斷增長的各種應(yīng)用里，差分線高頻EMI問題會出現(xiàn)得越來越頻繁，共模電感是能夠以較低成本解決差分線高頻EMI問題的不二選擇，小型化高頻化后的共模電感能夠廣泛地應(yīng)用于各種智能設(shè)備的差分線路接口。