高頻電路中的 EMI 濾波
1 分鐘
- 1. EMI 的類型：
- 2. 常見的 EMI 來源：
- 3. 什麼是 EMI 濾波器？
- 4. 了解 EMI 濾波器
- 5. EMI 濾波器的類型：
- 6. EMI 與 EMC 有何不同？
- 7. EMI 濾波器可以當作 EMC 濾波器使用嗎？反之亦然？
- 結論：
電磁干擾（EMI）是由電子設備產生的不必要干擾，可能影響附近其他設備的正常運作。EMI 是由電氣電路在開關或高頻運作時所發出的電磁輻射所引起。EMI 指的是會干擾電子設備正常運作的不必要電磁能量。
1. EMI 的類型：
傳導 EMI：透過電源線或訊號線傳播，由與 EMI 源的實體接觸所引起。
輻射 EMI：透過空氣傳播，來自發射電磁場的來源，例如天線或開關電路。
常見的 EMI 來源包括電源供應器、馬達、無線通訊系統，甚至是雷電等自然現象。若未妥善控制，EMI 可能干擾敏感電子設備、降低訊號完整性，並導致醫療設備、汽車系統與航太電子等關鍵應用發生故障。
2. 常見的 EMI 來源：
EMI 來源有時是天然發生的環境事件，例如雷暴與太陽輻射；但更常見的是來自其他電子設備或電氣系統。任何電子設備都可能產生 EMI，例如：
發電機：如發電機、電源供應器、電壓調節器、開關與繼電器、電池充電器及高壓輸電線等設備與周邊裝置。
高頻設備：如振盪器、計算裝置、無線電、雷達與聲納設備等在高頻下運作的裝置。
高壓機械：使用高壓與高頻的機器，包括馬達與點火系統。
由於電子系統很少獨立運作，它們通常設計為對一定程度的 EMI 具有容忍度，以確保在真實環境中的可靠性。這對航太級與航空電子設備尤為重要，因為這些設備需要在所有情況下都具備高可靠性。
3. 什麼是 EMI 濾波器？
EMI 濾波器是設計用來抑制或降低電磁干擾的電子元件，確保電子設備在不受不必要干擾的情況下運作。這些濾波器通常由電容與電感組成，以衰減高頻雜訊，同時允許所需的電信號通過。EMI 濾波器可用於電源線、訊號線與通訊電路，防止干擾擴散或影響其他元件。它們廣泛應用於工業設備、消費性電子產品及需要控制電磁雜訊的高精度應用。透過使用 EMI 濾波器，製造商可符合 FCC、CE 與 CISPR 等法規合規標準，確保產品在不影響周圍設備的情況下可靠運作。
4. 了解 EMI 濾波器
EMI 濾波器設計用於抑制或衰減電磁干擾。它們透過降低特定頻率範圍內不需要的電磁信號振幅來運作。
EMI 濾波器的類型：
- 共模濾波器
- 差模濾波器
- 混合濾波器（結合共模與差模）
EMI 濾波器特性：
- 頻率範圍：通常從 kHz 到 GHz 有效
- 插入損耗：濾波器效能指標（越高越好）
- 額定電壓：最大工作電壓
- 額定電流：最大電流承載能力
為何高頻電路需要 EMI 濾波器？
高頻（HF）電路通常在 1 MHz 以上的頻率運作，極易受到電磁干擾（EMI）影響。這種干擾可能會擾亂敏感電子元件的效能、降低訊號完整性，甚至導致法規合規問題。基於以下原因，EMI 濾波器在高頻電路中不可或缺：
- 降低傳導與輻射雜訊
高頻電路因快速開關、諧波與寄生電容而產生大量 EMI。若無適當濾波，這些雜訊可能透過電源線傳播或輻射至附近元件，導致故障或資料損壞。EMI 濾波器可阻擋或衰減不需要的雜訊，確保電路穩定運作。
- 提升訊號完整性
在高頻電路中，保持乾淨且穩定的訊號至關重要，尤其在通訊與 RF 應用中。EMI 濾波器有助於去除可能扭曲訊號的高頻雜訊，確保無線通訊、雷達與高速資料傳輸等系統的更佳效能。
- 符合法規標準
電磁相容性（EMC）法規，如 FCC、CE 與 CISPR，對 EMI 發射有嚴格限制。未經適當 EMI 抑制的高頻電路可能無法通過合規測試，導致無法商用。EMI 濾波器有助於確保電子設備符合這些標準，避免干擾其他設備。
- 保護敏感元件
高頻電路常包含易受雜訊影響的敏感類比與數位元件。EMI 濾波器可保護這些元件免受外部干擾，提升電路的可靠性與壽命。
- 防止串擾與干擾
在密集的電子系統中，高頻訊號可能耦合至相鄰的走線或纜線，導致串擾。EMI 濾波器有助於隔離不同訊號路徑，減少不必要的交互作用，提升整體系統效能。
透過在高頻電路中整合 EMI 濾波器，設計人員可實現可靠且無干擾的運作，同時確保符合國際 EMC 法規。
5. EMI 濾波器的類型：
EMI 濾波器依其結構、應用與干擾抑制方式可分為不同類型。以下為最常見的類型：
1. 被動 EMI 濾波器
這類濾波器使用電阻、電容與電感等被動元件來抑制電磁干擾。它們不需要外部電源，對於降低傳導與輻射 EMI 均有效。
- LC 濾波器 – 使用電感（L）與電容（C）阻擋高頻雜訊。
- RC 濾波器 – 結合電阻（R）與電容（C）進行簡單的 EMI 抑制。
- Pi 濾波器（Π 型濾波器） – 由兩個電容與一個電感組成 Pi 型結構，提供強大的雜訊衰減。
2. 主動 EMI 濾波器
這類濾波器使用運算放大器與電晶體等主動元件，主動抵消不需要的雜訊。它們需要外部電源，用於高頻與精密應用。
3. 電源線 EMI 濾波器
安裝於電源電路中，這些濾波器可防止傳導 EMI 透過電源線傳播。廣泛應用於工業設備、醫療設備與消費性電子產品。
6. EMI 與 EMC 有何不同？
電磁干擾（EMI）與電磁相容性（EMC）這兩個術語在電子元件與消費產品的法規測試中常被交替使用。由於它們在許多方面相關，因此容易混淆。本文將釐清 EMI 與 EMC，並提供各領域所用測試設備與相關要求的基本概述。
任何電子設備都會產生一定程度的電磁輻射。我們將電子設備視為封閉系統，但流經電路與電線的電能從未完全被限制。這些能量可作為電磁輻射透過空氣傳播，和/或沿著（或耦合至）互連的 I/O 或電源線傳導，通常稱為「干擾電壓」。
EMI 與 EMC 的測試要求可能相當複雜，需考慮多種產業與應用特定的因素，才能將產品推向市場。
7. EMI 濾波器可以當作 EMC 濾波器使用嗎？反之亦然？
雖然功能上有些重疊，但 EMI 與 EMC 濾波器通常為不同目的而設計。EMI 濾波器針對特定干擾抑制，而 EMC 濾波器則確保設備既能抵抗外來干擾，又能限制發射——完全符合 EMC 標準。反之，EMC 濾波器可能對於簡單的 EMI 問題來說過於複雜且成本高昂。最好依其設計目的使用各類濾波器，以確保最佳效能與成本效益。
結論：
在高頻電路中，電磁干擾（EMI）是一大挑戰，會影響訊號完整性、法規合規性與整體設備效能。EMI 濾波器透過被動與主動濾波技術抑制不必要的雜訊，在減輕這些干擾方面扮演關鍵角色。它們有助於降低傳導與輻射 EMI，確保無線通訊、雷達與醫療電子等敏感應用的穩定運作。
選擇合適的 EMI 濾波器——無論是被動、主動或電源線型——可確保最佳雜訊抑制與電路效能。隨著電子系統朝向更高頻率與更複雜的方向發展，整合有效的 EMI 濾波對於實現現代電子設計中強大且無干擾的運作仍然至關重要。
無論您正在設計複雜的RF 系統、汽車電子或 IoT 設備，與可靠的製造服務合作至關重要。JLCPCB 的快速 PCBA 解決方案讓工程師能夠自信地進行原型設計與量產——提供高品質元件、自動化 SMT 組裝與考量 EMI 的佈局實踐。透過整合 DFM 檢查與符合法規的製造，JLCPCB 協助您更快、更可靠地將具 EMI 韌性的設計推向市場。
持續學習
幾何公差下的製造邏輯：PCB厚度選型與高速阻抗控制
在訊號邊緣速率進入皮秒級、硬體結構不斷輕薄化的當下，硬體架構師不能再將板厚視為圖紙上固定的靜態數值，而必須將其當作帶有分佈參數的動態物理變數，納入整體訊號完整性設計考量。 一、板厚規格的產業演變與場景分化 1. 1.6mm標準厚度的產業慣性 印刷電路板產業發展初期，基材多採用酚醛樹脂紙質層壓板（電木板），這類材料最早廣泛用於工業設備的絕緣墊片與配電盤，當時市場供應最穩定的公稱厚度即為1/16英吋。後續環氧樹脂玻纖基材（FR-4）成為產業主流，下游的自動化傳送軌道、板邊連接器卡槽、波峰焊夾具乃至元件引腳長度，都已圍繞1.6mm厚度形成了成熟的產業鏈配套體系，這一規格也因此沿用至今。 2．多層板時代的厚度分化趨勢 隨著硬體架構從雙面板發展到8層、12層甚至24層以上的高階多層板，固守單一板厚規格已無法滿足設計需求。為在有限的垂直空間內佈置更多訊號層與電源參考平面，板厚選型開始根據應用場景出現明顯分化： 消費性通訊終端：為配合外殼結構與Type-C等標準連接器介面，大多維持1.6mm或1.2mm的常規厚度 高速運算背板：需厚銅箔承載大電流、厚介質層拉開層間距，總厚度通常達2.0mm、2.4mm甚至3.2......
馴服吉赫茲級訊號：高頻電路板選材與射頻設計DFM核心準則
隨著5G-Advanced、Wi-Fi 7與車載77GHz/79GHz毫米波雷達陸續進入大規模商用，電子硬體的工作頻率已全面步入吉赫茲乃至微波頻段。在這類高頻傳輸場景下，消費電子常用的FR-4基材，會因為介質損耗偏高、介電常數穩定性不足，成為訊號衰減的主要來源。 對射頻工程師來說，高頻PCB設計早已脫離傳統「走線導通即可」的基本要求，每一段走線本質上都是帶有分佈參數的電磁波導結構。要讓訊號穿過複雜的封裝結構與過孔後，仍維持良好的眼圖與訊號完整性，從基材本身的物理特性到板上佈局的幾何細節，每一環節都不能馬虎。 一、高頻訊號在傳輸線中的傳播特性與設計挑戰 談具體製程與設計規範前，得先建立高頻電磁波在電路板介質中傳遞的物理模型。當訊號頻率突破1GHz後，傳輸線的總衰減量（Total Attenuation, α）主要由兩種機制決定： 其中αc為導體損耗，αd為介質損耗。 1. 趨膚效應帶來的導體損耗 高頻交流環境下，導線內的電流不會均勻分佈在整個導體截面，而是會集中在導體表面極薄的一層；頻率越高，這個趨膚深度就越淺。 這時候銅箔的表面粗糙度就會對訊號產生顯著影響。一旦銅箔表面的微觀起伏幅度超過趨膚深度，......
背鑽導孔：提升高速 PCB 中的訊號完整性
重點摘要 背鑽過孔可從鍍通孔中移除未使用的銅質孔樁，將殘留孔樁縮短至 0.15 mm（6 mil）以下。這能消除 5–10 Gbps 以上高速訊號中的阻抗不連續、反射與諧振問題。背鑽能帶來更佳的回波損耗、插入損耗、更低抖動與更清晰的眼圖，同時仍可保留簡單堆疊結構，成本也遠低於盲孔／埋孔。對任何孔樁長度超過 15 mil（0.381 mm）的設計，尤其是板厚超過 1.2 mm 的電路板，都應考慮使用背鑽，以確保 PCIe、5G 與 25G+ 設計中的可靠性能。 在 10 Gbps 及以上的高速 PCB 設計中，過孔孔樁會產生阻抗不連續，並透過反射與諧振劣化訊號品質。背鑽過孔透過在初始電鍍後，以機械方式移除未使用的銅質孔壁，只保留真正需要的電氣導通路徑，從而解決這個問題。這項製程可恢復傳輸線連續性，而不需要改變層疊結構或走線幾何。工程師會在製造說明中指定背鑽過孔，以在 5G、PCIe 與 SerDes 等多層板應用中獲得更乾淨的眼圖、更低抖動與可靠性能。 高速 PCB 需求持續成長 訊號傳輸面臨的挑戰 5 GHz 以上的高速訊號會將鍍通孔視為一段短傳輸線。當過孔只連接內層時，未使用的部分——也就是孔樁......
PCB 天線設計：類型、原理與最佳實踐
在這個被無線通訊環繞的世界中，對於小巧、廉價且可靠的天線需求從未如此之高。天線是電磁波的應用。關於天線有許多理論和實作，但只有少數獲得認可。對於無線數據傳輸，一個解決方案可以是使用印刷電路板（PCB）天線。使用 PCB 天線代表了一種方便的解決方案，可將其直接整合到電子設備中，從而消除了對笨重外部天線的需求。無論您的天線是作為印刷元件放置還是從貨架上取下，對 PCB 設計師來說，深入了解天線的工作原理都很重要。在本文中，我們將介紹天線背後的一些主要概念，以便工程師了解如何設計、選擇和放置天線。 設計良好的天線可確保無線產品達到最佳的操作距離。它能從無線電傳輸的功率越多，在給定的封包錯誤率（PER）和接收器靈敏度下，能覆蓋的距離就越大。同樣地，在接收端，調校良好的無線電可以在天線接收到最小輻射入射的情況下工作。RF 佈局以及 無線電匹配網路需要妥善設計，以確保大部分來自無線電的功率能到達天線，反之亦然。 PCB 天線基礎理論： 天線是互易性元件，它們在提供電壓和電流時會發射電磁波，或者接收電磁波並將其轉換為電壓和電流。天線基本上是一個暴露在空間中的導體。如果導體的長度是信號波長的某個特定比率或倍數，......
共面波導在高頻 PCB 設計中的優勢
重點整理 共面波導，尤其是 GCPW，可透過讓回流路徑更靠近並限制電磁場分布，改善高頻 PCB 性能，進而提升訊號完整性並降低 EMI／輻射。它也提供更高的阻抗與佈局彈性，可同時調整走線寬度與間隙；但也需要更嚴格控制製造中的間隙公差、銅箔粗糙度與材料 Dk／Df。因此，場求解器阻抗設計與 DFM 檢查非常重要，在更高 GHz 頻段則建議優先選用低損耗層壓材料。 你是否曾想過，為什麼有些 RF 與微波 PCB 設計會把接地銅箔直接佈在同一層訊號走線旁邊？這種方法稱為共面波導，並且已悄悄成為高頻 PCB 設計中最重要的傳輸線結構之一。從 5G 基地台到 77 GHz 車用雷達模組，共面波導已廣泛存在於現代電子產品中。當你的電路板工作頻率超過 1 GHz 時，所選擇的傳輸線幾何結構會直接影響訊號完整性、EMI 表現與製造良率。 微帶線與帶狀線已主導數十年，但共面波導具備一組獨特優勢，使其成為許多高頻應用中的首選。本文將說明什麼是共面波導、它為什麼重要、在高頻設計中使用此方法的主要優點、最重要的設計方法，以及哪些製造考量能確保良好結果。無論你正在設計 RF 前端模組，還是高速數位連線，了解共面波導都能讓你......
利用 PCB 傳輸線實現可靠的高速效能
重點整理 PCB 傳輸線是 USB 3.0、PCIe、DDR4 與 RF 設計中可靠高速 PCB 性能的核心。它會將一般走線轉變為受控阻抗結構，用來降低反射、串擾與衰減。設計時應依需求選擇微帶線、帶狀線或接地共面波導（GCPW）幾何結構，搭配精準阻抗計算、連續參考平面、斜切彎角與 3W 間距規則；製造端則需仰賴 JLCPCB 的精準蝕刻、銅箔輪廓控制與 TDR 測試，確保從原型到量產皆能取得一致結果。 你是否曾經追查一片所有 DRC 都通過的電路板，卻發現原型板的時脈線出現振鈴，或眼圖看起來更像模糊污漬，而不是乾淨開口？在高速設計中，銅箔走線不只是單純連接。它們是 PCB 傳輸線，而破壞訊號完整性最簡單的方法，就是把這些線當成普通導線處理。當訊號上升時間短到讓走線長度成為波長中相當大的比例時，該走線的每一個細節都會產生影響。訊號是乾淨還是失真，取決於線寬、到參考平面的距離、介電材料，甚至是轉角如何處理。 在 USB 3.0、PCIe 與 DDR4 等介面中，只要走線長度達到幾公分，就可能進入這個臨界範圍。本文將介紹 PCB 傳輸線的概念、實際設計中最重要的類型、取得受控阻抗的關鍵技術，以及會把良好......