CN104578755A - 电源式电磁干扰抑制滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电源式电磁干扰抑制滤波器，电性耦接于一主芯片的电源供应线与一负载端之间，主芯片由电源供应线供给电源后，因主芯片内部电路的运作产生一输出电压噪声与输出电流噪声，由于电源噪声的谐振影响输出电压噪声与输出电流噪声间具有一相位差。电磁干扰抑制滤波器包括位准参考电路与至少一并联于该位准参考电路的滤波调变电路。位准参考电路根据主芯片的输出电压噪声或输出电流噪声产生一位准参考信号。至少一滤波调变电路系根据此位准参考信号进行电压与电流特征向量值的计算，以控制输出电压噪声与输出电流噪声间的强度及相位差逐渐趋近于零。藉此，负载端接收到的信号即可被调整为一滤除噪声后的直流信号。

Description

电源式电磁干扰抑制滤波器

技术领域

本发明是关于一种电磁干扰抑制滤波器；特别是关于一种用以解决电源端所产生的电磁干扰的抑制滤波器。

背景技术

基于电子产品电路基板(printed circuit board，PCB)的设计要面临许多信号的载送，各种谐振(harmonic)频率的迭加(superposition)，除了影响信号的质量，也造成信号与信号间的干扰。而干扰信号的元凶除了以上的问题外，在电源端更是被耦合了复杂的谐振频率波也是主要的问题之一。产生这些频率波的来源，主要即来自于主要的功能性集成电路芯片(main functional IC)内部电路的运作，于此，这些谐振波更是造成电子产品电磁干扰(electromagnetic interference)的主要来源，目前已知电容及各种形式滤波器的使用，为现今主要解决EMI问题的工具。

然而，在电路基板(PCB)上，信号完整性(signal integrity，SI)与电源完整性(power integrity，PI)的设计，必须充分掌握主芯片电路特性与系统板特性，以及边界条件的设定。但这在分工细密的今日，已变得相当困难。为了要达成这样的协同模拟(co-simulation)设计，单就系统设计者而言，是很难取得完整的芯片特性的信息，而芯片设计者也仅能就其信号特性设计，而获得较佳的特性分析，对于连接到系统的问题，相对掌握度也不高。而电源的谐振频率噪声的特性部分，无论是系统设计端或是芯片设计端，都是一个未知及无解的问题，最多仅能在主芯片中的逻辑电路的设定中下手去规避。除此之外，在许多电子产品的价格激烈竞争下，电路基板的设计由六层板降为四层板，四层板降为二层板，在此情况下，电源完整性(PI)的设计更显得格外困难，现有可使用的滤波组件显然已不符使用，因此目前业界面对电源端上的噪声及EMI问题，其处理的方法大多还是仅能利用效率相当低的尝试错误(try and error)方式进行，相当不符合经济及成本效益。

再者，由于电源端的EMI问题主要发生于，电源在某一个特定频率的谐振噪声由于与其他噪声波互相的耦合作用，造成此频率的电压小信号与电流小信号在大多状态下不是同步的行进，而电压噪声经过单一路径的电容器后，其电流噪声的相位无法完全被耦合掉，甚至更差的情况下，会出现信号的波峰对到波谷此种严重的问题产生。这样的合成电流，不仅造成通过此节点的后到电路基板其他位置的电源路径上，而导线也产生寄生电感效应的特性，更严重影响到电压特性变化的连锁反应。

因此，本发明人有感于上述缺失的可改善，且依据多年来从事此方面的相关经验，悉心观察且研究的，并配合学理的运用，而提出一种设计新颖且有效改善上述缺失的本发明，其揭露一种电源式电磁干扰抑制滤波器，其是利用此滤波电路两端式的电性耦接于电源端与主要的功能性芯片之间，其具体的架构及实施方式将详述于下。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明之一目的在于提供一种电源式电磁干扰抑制滤波器，其是首创揭露一种完全创新的电路设计，并藉由此设计解决电源端上产生的电磁干扰与耦合的谐振频率波。

本发明的又一目的在于提供一种电源式电磁干扰抑制滤波器，其是利用对电压与电流进行特征向量值的计算，精确地匹配出由电阻、电容与电感其中的至少一被动组件组成的滤波器结构，相较于现有仅能利用尝试错误的作法，更具备有较佳的经济及时间成本效益。

本发明的再一目的在于提供一种电源式电磁干扰抑制滤波器，其为一种两端式电性耦接的滤波电路，不仅可有效过滤电源在线的高频噪声(例如：100MHz以上至数GHz)，更可在有效过滤噪声的同时，维持一定的电源完整性以及信号完整性。

因此，根据本发明所揭示的电源式电磁干扰抑制滤波器，其主要包括有一位准参考电路以及至少一滤波调变电路。其中，此电源式电磁干扰抑制滤波器系电性耦接于主芯片的电源供应线与负载端之间，并且，主芯片在受电后系产生一输出电压与一输出电流，其中该输出电压与该输出电流系各自有一输出电压噪声与输出电流噪声。由于电源噪声的谐振影响下，该输出电压噪声与输出电流噪声间系具有一相位差。

根据本发明的实施例，位准参考电路系电性耦接于所述的主芯片，并根据输出电压噪声与输出电流噪声其中的至少一个，产生一位准参考信号。至少一滤波调变电路系并联所述的位准参考电路，以接收并根据该位准参考信号对输出电压噪声与输出电流噪声其中的至少一个进行特征向量值的计算，藉此调变该二者间的相位差及其强度逐渐趋近于零。最后，于负载端所接收到的电压及电流信号可为一滤除噪声及谐振干扰后的直流信号。

其中，该位准参考信号为一电压信号或一电流信号。

其中，本发明的电源式电磁干扰抑制滤波器，更包括多个该滤波调变电路，以同时利用该多个滤波调变电路进行电压或电流特征向量值的计算，使得该输出电压噪声与该输出电流噪声间的该相位差逐渐趋近于零。

更进一步而言，本发明更可选择性地包括至少一第一、第二、第三、及第四调变电路，利用该些调变电路可同时存在，或仅设置至少其一的巧妙设计，基于该些调变电路为由电阻、电容与电感其中的至少一被动组件组成的特性，搭配控制开关根据参考信号所形成的相依电压电流特性，完成对输出电压电流的特征向量值计算，藉此实现对电源在线产生的噪声干扰进行滤波的动作，以达成本发明的发明目的。

具体而言，该至少一滤波调变电路包括一控制开关与至少一第一调变电路，该控制开关与该至少一第一调变电路相互串接，并耦接于该电源供应线与一接地端之间。该第一调变电路电性耦接于该电源供应线与该控制开关之间，且该控制开关连接该位准参考电路以接收该位准参考信号。该滤波调变电路更包括至少一第二调变电路，该第二调变电路电性耦接于该控制开关与该接地端之间。该第一调变电路也可以电性耦接于该控制开关与该接地端之间，此时该控制开关连接该位准参考电路以接收该位准参考信号；该第二调变电路则电性耦接于该电源供应线与该控制开关之间。其中，该第一调变电路为由电阻、电容与电感其中的至少一被动组件组成的电路结构。其中，该第二调变电路为由电阻、电容与电感其中的至少一被动组件组成的电路结构。其中，该位准参考电路包括一参考电容与一参考电阻，其中该参考电容与该参考电阻相互串联，且该控制开关耦接于该参考电容与该参考电阻的连接节点上。其中，该控制开关为一金氧半场效型晶体管或双载子接面晶体管，以利用该晶体管位于不同操作区域的电压电流特性进行该特征向量值的计算，使得该输出电压噪声与该输出电流噪声间的该相位差趋近于零。以及/或者

本发明的电源式电磁干扰抑制滤波器更包括至少一第三调变电路，该第三调变电路与该滤波调变电路相互串接，并耦接于该电源供应线与一接地端之间。其中，该第三调变电路电性耦接于该电源供应线与该滤波调变电路之间，且该第三调变电路为由电阻、电容与电感其中的至少一被动组件组成的电路结构。其中，更包括至少一第四调变电路，该第四调变电路电性耦接于该滤波调变电路与该接地端之间。该第三调变电路也可以电性耦接于该滤波调变电路与该接地端之间，则该第三调变电路为由电阻、电容与电感其中的至少一被动组件组成的电路结构；该第四调变电路电性耦接于该电源供应线与该滤波调变电路之间。其中，该第四调变电路为由电阻、电容与电感其中的至少一被动组件组成的电路结构。

底下藉由具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1为根据本发明电源式电磁干扰抑制滤波器的示意图；

图2为根据本发明具有多个滤波调变电路的电源式电磁干扰抑制滤波器的示意图；

图3A为根据本发明第一实施例的电源式电磁干扰抑制滤波器的示意图；

图3B为根据本发明第二实施例的电源式电磁干扰抑制滤波器的示意图；

图3C为根据本发明第三实施例的电源式电磁干扰抑制滤波器的示意图；

图4A为根据本发明第四实施例的电源式电磁干扰抑制滤波器的示意图；

图4B为根据本发明第五实施例的电源式电磁干扰抑制滤波器的示意图；

图4C为根据本发明第六实施例的电源式电磁干扰抑制滤波器的示意图；

图5A为根据本发明第七实施例的电源式电磁干扰抑制滤波器的示意图；

图5B为根据本发明第八实施例的电源式电磁干扰抑制滤波器的示意图；

图5C为根据本发明第九实施例的电源式电磁干扰抑制滤波器的示意图；

图6A为根据本发明第十实施例的电源式电磁干扰抑制滤波器的示意图；

图6B为根据本发明第十一实施例的电源式电磁干扰抑制滤波器的示意图；

图6C为根据本发明第十二实施例的电源式电磁干扰抑制滤波器的示意图；

图7为根据本发明图6B实施例其内部详细电路的示意图；

图8为根据本发明图3C实施例其内部详细电路的示意图；

图9为根据本发明图7实施例的S参数响应的数据图；

图10为根据本发明图7实施例的实际相位量测的数据图；

图11为根据本发明图8实施例的S参数响应的数据图；

图12为根据本发明图8实施例的实际相位量测的数据图。

附图标记说明：1-电源式电磁干扰抑制滤波器；1′-电源式电磁干扰抑制滤波器；10-主芯片；20-负载端；30-控制开关；31-第一调变电路；32-第二调变电路；33-第三调变电路；34-第四调变电路；100-位准参考电路；200-滤波调变电路。

具体实施方式

以上有关于本发明的内容说明，与以下的实施方式用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的专利申请范围更进一步的解释。有关本发明的特征、实作与功效，兹配合附图作较佳实施例详细说明如下。

请参阅图1所示，其为根据本发明实施例的电源式电磁干扰抑制滤波器的示意图。如图1所示，本发明所揭示的电源式电磁干扰抑制滤波器1电性耦接于一主芯片10的电源供应线VDD与一负载端20之间，其中，该主芯片10由其电源供应线VDD供给电源后，产生一输出电压及输出电流，其各自具有一输出电压噪声V(t)与一输出电流噪声I(t)，由于电源谐振影响小信号的关系，此输出电压噪声V(t)与输出电流噪声I(t)的波形会具有一相位差Φ_c，本发明所揭露的电源式电磁干扰抑制滤波器1主要为了消弭此相位差Φ_c，使得输出电压噪声V(t)与输出电流噪声I(t)在经过此电源式电磁干扰抑制滤波器1的滤波作用后可达强度最小并同步(Synchronous)的行进，因此在负载端20所接收到时，如图中所示的电压信号V_oc(t)与电流信号I_p(t)即可为直流(direct current，DC)信号。

详细而言，本发明所揭露的电源式电磁干扰抑制滤波器1，其主要包括一位准参考电路100以及至少一滤波调变电路200。其中，位准参考电路100电性耦接于主芯片10，并根据该输出电压噪声V(t)与输出电流噪声I(t)其中的至少一个，产生一位准参考信号Ref(t)。换言之，当位准参考电路100所采集到的信号为输出电压噪声V(t)时，其所输出的位准参考信号Ref(t)为一电压信号。相对地，当位准参考电路100所采集到的信号为输出电流噪声I(t)时，则所输出的位准参考信号Ref(t)则为一电流信号，皆可用以实施本发明的技术手段。滤波调变电路200并联于该位准参考电路100，并接收位准参考电路100提供位准参考信号Ref(t)。在此情况之下，滤波调变电路200可根据该位准参考信号Ref(t)对该输出电压噪声V(t)或输出电流噪声I(t)进行特征向量值(Eigenvalue)的计算，藉此调整该输出电压噪声V(t)与输出电流噪声I(t)间的相位差Φ_c，使得此相位差Φ_c可逐渐地趋近于零，最后，在负载端20所接收到的信号Voc(t)与I_p(t)即可不具有噪声的干扰，而为直流信号。

值得说明的是，本发明所揭露的电源式电磁干扰抑制滤波器并不以滤波调变电路200的数量为限。换言之，此电源式电磁干扰抑制滤波器中更可包括一个以上并联的滤波调变电路200，其电路示意图请参阅图2所示。在图2中，本发明另一实施例中的电源式电磁干扰抑制滤波器1′则包括有位准参考电路100以及多个滤波调变电路200。其中，每一滤波调变电路200电性耦接于位准参考电路100，以根据位准参考电路100提供的位准参考信号Ref(t)，Ref′(t)，Ref″(t)进行电压或电流的特征向量值的计算，同样可用以实现本发明的发明目的。惟以下为便于说明及理解本发明所述计算特征向量值的技术，其以电源式电磁干扰抑制滤波器包括单一滤波调变电路200作为一示范例的说明，然并非用以限定本发明的发明范畴。

首先，本发明是针对滤波调变电路200的内部组成进行说明。请参阅图3A与图3B所示，其中滤波调变电路200包含有一控制开关30与至少一第一调变电路31，控制开关30与第一调变电路31相互串接，并耦接于该电源供应线VDD与接地端VSS之间。其中，第一调变电路31的设置位置可选择性地设于控制开关30与电源供应线VDD之间(参图3A)，或者第一调变电路31可设于控制开关30与接地端VSS之间(参图3B)。除此之外，滤波调变电路200更可另外包括至少一第二调变电路32，其与所述的控制开关30、第一调变电路31串接，形成控制开关30、第一调变电路31、及第二调变电路32三者相互串联于电源供应线VDD与接地端VSS之间的实施例(参图3C)。

更进一步而言，控制开关30、第一调变电路31以及第二调变电路32三者的连接关系及其设置数量亦不为本发明的限制。以下，第4A～4C图以及5A～5C图为本发明其他诸多不同的实施例。其中，根据图3A的实施例，位准参考电路100之一端亦可选择性地仅连接于接地端VSS，在此情况下，其改良态样为图4A所揭示。更进一步而言，第一调变电路31的数量亦可为一个以上，此实施例即为图4B所揭示的实施态样。至于，本发明图4C所揭露的电路架构，则为根据图3C所示的位准参考电路100，其一端仅连接于接地端VSS的改良。

同样地，根据图3B的实施例，当位准参考电路100之一端仅连接于电源供应线VDD时，其为本发明图5A所揭示的态样。至于，图5B则提供滤波调变电路包括一个以上的第一调变电路31的实施态样，而图5C则为根据图3C所示的位准参考电路100，其一端仅连接于电源供应线VDD的改良。

除此之外，本发明所揭示的电源式电磁干扰抑制滤波器除了包含以上所述的位准参考电路100与滤波调变电路200以外，更可进一步地包含至少一第三调变电路33及/或至少一第四调变电路34，其实施例参考本发明第6A～6C图所示。其中，图6A为电源式电磁干扰抑制滤波器仅包含一第三调变电路33，且该第三调变电路33连接于电源供应线VDD与滤波调变电路200间的实施例；图6B为电源式电磁干扰抑制滤波器仅包含一第三调变电路33，而该第三调变电路33连接于滤波调变电路200与接地端VSS间的实施例；至于，图6C则为电源式电磁干扰抑制滤波器同时包括有一第三调变电路33与一第四调变电路34，其中，第三调变电路33、第四调变电路34与滤波调变电路200相互串联耦接于电源供应线VDD与接地端VSS之间的实施例。总括以上众多的实施态样而言，本发明主要利用第一、第二、第三、第四调变电路可同时存在，或仅设置至少其一的巧妙设计，基于该各电路为由电阻、电容与电感其中的至少一被动组件组成的特性，并搭配控制开关的电压电流特性及位准参考电路所提供的参考信号，藉此完成对电源在线产生的噪声干扰进行滤波的分析，达到本发明的发明目的。以下，本发明将针对其中的实施例揭露其内部的详细电路组成与其作动原理的说明。

首先，请参阅图7所示，其为根据本发明图6B实施例其内部详细电路的示意图。其中，位准参考电路100包含一组相互串联的参考电容C1与参考电阻R1，滤波调变电路200包含一控制开关30，其耦接于该参考电容C1与参考电阻R1的连接节点；以及一第二电阻R2，连接于电源供应线VDD与控制开关30之间。在此实施例中，滤波调变电路200包括一第一调变电路31(即该第二电阻R2)，而并未包括第二调变电路。一第二电容C2连接该参考电阻R1、控制开关30与接地端VSS，此第二电容C2对应前述的第三调变电路33。在此实施例中，作为控制开关30的组件可以为N型金氧半场效晶体管(metal oxide semiconductor，MOS)、P型金氧半场效晶体管(PMOS)、双载子接面晶体管(bipolar junction transistor，BJT)等。惟可自位准参考电路100接收参考信号，而形成相依的电压或电流的控制开关皆可用以实施本发明。本实施例仅是以N型金氧半场效晶体管作为一范例的说明，然并非用以限定本发明。

其中，以N型金氧半场效晶体管为例，此N型金氧半场效晶体管的闸极可连接至位准参考电路100中的其中任一点(例如：参考电容C1与参考电阻R1的连接节点)，以作为其开关闸极的参考电压V_gs(t)，并注意其偏压值以控制此N型金氧半场效晶体管可操作于不同的操作区域，例如：线性区(或称非饱和区(non-saturation region))、饱和区或主动区等等。此时，此N型金氧半场效晶体管就如同一个电压耦合的电流开关，其导通电流即可随着参考电压而变。本发明即是利用此N型金氧半场效晶体管位于不同操作区域的电压电流特性产生一非线性方程，由于分支的两电路电流I_c1(t)，I_c2(t)，由N型金氧半场效晶体管的特性使其具有相依性，而使得二次方程式的解答为一二次曲线与直线的交集解，藉由适当调整电路中该些被动组件值的系数，即可使其有解，再加上电压信号V_oc(t)可定位出i₀及v_o的电路方程式关系，在本实施例中由N型金氧半场效晶体管主动组件所控制的滤波调变电路即可藉由特征向量值(Eigenvalue)的计算来调整该各被动组件的值以期控制信号i₀及v_o的波动行为达到最小化，其计算公式可依据下列式(1)～(9)所进行。

I(t)＝I₀+i₀e^jwt    (1)

$I_c\left(t\right)=i_c{e}^{j(\mathrm{wt}+{\mathrm{\φ}}_c)}---\left(2\right)$

$V_{\mathrm{oc}}\left(t\right)=V_0+v_0{e}^{j(\mathrm{wt}+{\mathrm{\φ}}_0)},{\mathrm{\φ}}_0=f(i_0,v_0)---\left(3\right)$

$\mathrm{Ic}\left(t\right)=C2\·\frac{d{V}_{c2}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}---\left(4\right)$

$I_{c1}\left(t\right)=C1\·\frac{d{V}_{c1}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}---\left(5\right)$

Ic(t)＝I_c1(t)+I_c2(t)    (6)

I_p(t)＝I(t)-I_c(t)    (7)

$I_{c2}\left(t\right)=\frac{1}{2}{\mathrm{\μ}}_n{C}_{\mathrm{ox}}\frac{W}{L}\{2(R1\·I_{c1}\left(t\right)-V_t)\·[V_{\mathrm{oc}}\left(t\right)-R2\·I_{c2}\left(t\right)-V_{c2}\left(t\right)]-{[V_{\mathrm{oc}}\left(t\right)-R2\·I_{c2}\left(t\right)-V_{c2}\left(t\right)]}^2\}---\left(8\right)$

$V_{\mathrm{oc}}\left(t\right)=V_{c1}\left(t\right)+V_{c2}\left(t\right)+R1\·C1\·\frac{d{V}_{c1}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}=L2\·\frac{d[I\left(t\right)-I_c\left(t\right)]}{\mathrm{dt}}+[I\left(t\right)-I_c\left(t\right)]\·(Z_R+j{Z}_I)---\left(9\right)$

其中，I_c(t)，I_c1(t)，I_c2(t)分别为流经第二电容C2、参考电容C1及第二电阻R2的电流值；V_C1(t)，V_C2(t)，V_L1(t)，V_L2(t)分别为参考电容C1、第二电容C2、电感L1及电感L2两端的跨压值；μ_n、C_ox、W、L分别为N型金氧半场效晶体管的晶体管参数。依据上式(1)～(9)的计算结果，求解相位差Φ_c为零时的i₀及v_o的解，即可设计出本发明所揭露的有效电源式电磁干扰抑制滤波器。在实务上，设计者亦可使用仿真软件(例如：SPICE)来求得上式(1)～(9)的交集解，藉此调变参考电容C1、参考电阻R1、第二电容C2及第二电阻R2的值，在满足相位差Φ_c为零时，即代表该组电路组成可视为成功的电源式电磁干扰滤波器，完全地消弭掉电源在线的谐振噪声，完成信号同步的目的。

再者，请参阅图8所示，其为根据本发明图3C实施例其内部详细电路的示意图。其中，位准参考电路100包含一组相互串联的参考电容C1与参考电阻R1，滤波调变电路200包含一控制开关30、一第二电阻R2以及一第二电容C2。其中，该控制开关30耦接于参考电容C1与参考电阻R1的连接节点；第二电阻R2耦接于电源供应线VDD与控制开关30的汲极之间；第二电容C2系耦接于控制开关30的源极与接地端VSS之间。对照图3B所示，本实施例中的滤波调变电路200包括一第一调变电路31(即该第二电阻R2)，以及一第二调变电路32(即该第二电容C2)。滤波器结构中并未设置有第三及第四调变电路(显示为短路)。同样地，在此实施例中，作为控制开关30的组件可为N型金氧半场效晶体管(metal oxidesemiconductor，MOS)、P型金氧半场效晶体管(PMOS)、双载子接面晶体管(bipolarjunction transistor，BJT)等。惟可自位准参考电路100接收参考信号，而形成相依的电压或电流的控制开关皆可用以实施本发明。本实施例仅是以N型金氧半场效晶体管作为一范例的说明，然并非用以限定本发明。

如前一实施例所述，此N型金氧半场效晶体管的闸极可连接至位准参考电路100中的其中任一点(例如：参考电容C1与参考电阻R1的连接节点)，以作为其开关闸极的参考电压V_gs(t)，利用采集到此位准参考信号并注意其偏压值，以控制N型金氧半场效晶体管操作于非饱和区，以进一步计算电压电流的特征向量值(Eigenvalue)，其计算的公式系如式(10)～(18)所进行。

I(t)＝I₀+i₀e^jwt    (10)

$I_c\left(t\right)=i_c{e}^{j(\mathrm{wt}+{\mathrm{\φ}}_c)}---\left(11\right)$

$V_{\mathrm{oc}}\left(t\right)=V_0+v_0{e}^{j(\mathrm{wt}+{\mathrm{\φ}}_0)},{\mathrm{\φ}}_0=f(i_0,v_0)---\left(12\right)$

$\mathrm{Ic}\left(t\right)=C2\·\frac{d{V}_{c2}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}---\left(13\right)$

$I_{c1}\left(t\right)=C1\·\frac{d{V}_{c1}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}---\left(14\right)$

Ic(t)＝I_c1(t)+I_c2(t)(15)

I_p(t)＝I(t)-I_c(t)(16)

$I_{c2}\left(t\right)=\frac{1}{2}{\mathrm{\μ}}_n{C}_{\mathrm{ox}}\frac{W}{L}\{2(R1\·I_{c1}\left(t\right)-V_t)\·[V_{\mathrm{oc}}\left(t\right)-R2\·I_{c2}\left(t\right)-V_{c2}\left(t\right)]-{[V_{\mathrm{oc}}\left(t\right)-R2\·I_{c2}\left(t\right)-V_{c2}\left(t\right)]}^2\}---\left(17\right)$

$V_{\mathrm{oc}}\left(t\right)=V_{c1}\left(t\right)+V_{c2}\left(t\right)+R1\·C1\·\frac{d{V}_{c1}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}=L2\·\frac{d[I\left(t\right)-I_c\left(t\right)]}{\mathrm{dt}}+[I\left(t\right)-I_c\left(t\right)]\·(Z_R+j{Z}_I)---\left(18\right)$

因此，依据上式(10)～(18)的计算结果，求解相位差Φ_c为零时的i₀及v_o的解，即可设计出本发明所揭露的有效电源式电磁干扰抑制滤波器。在实务上，设计者同样可利用仿真软件(例如：SPICE)来求得上式的交集解，藉此调变参考电容C1、参考电阻R1、第二电容C2及第二电阻R2的值，在满足相位差Φ_c为零时的电源式电磁干扰滤波器。基于类似的设计及计算原理，本发明其余的实施例亦可透过此些计算特征向量值的公式求得其交集解，故不再重复进行说明。以下，本发明提供实作的实验数据，以佐证本发明所揭露的电磁干扰抑制滤波器，实为一种设计良好且可有效消弭在电源端引起的谐振噪声的滤波电路。

以图7所示的实施例而言，本发明在测量时以主芯片10作为输入端，负载端20作为输出端，以测量其S参数(S-parameter)，并以50Ω的阻抗匹配进行信号的采集与测量，藉此可得到如图9及图10的数据结果。由此二图可以看出，本实施例的设计可将电源端上280MHz至1.6GHz间频率范围的噪声都降至6dB以下，换言的，在此频率范围内的噪声信号强度皆可减弱为一半以上，在实务上俨然是相当成功的架构。

同样地，图11及图12为以图8所示的实施例实际量测验证的数据分析图。由图11所示的S₂₁响应、以及图12所示的实际相位测量图，可以明显看出在电源端上由200MHz至1.4GHz间频率范围的噪声都可以降超过6dB的能量，即减半的强度，由此同样成功地验证了本发明所揭露的电磁干扰抑制滤波器确实可有效地解决现有电源完整性(PI)及电磁干扰(EMI)的问题，兼具实务及市场上的竞争力。

因此，综上所述，本发明所揭示的电源式电磁干扰抑制器，其为一种新颖而独树一格的电路设计，不仅可解决电源端上的谐振频率噪声，更可藉由此两端式的滤波器结构维持电源的完整性。由此观之，相较于现有技术仅能以尝试错误的方式布局滤波电路，本发明不仅兼具有制程上的低复杂度、低成本及高效能的优势，更可使得集成电路具备有效过滤高频噪声(由100MHZ以上甚至到数GHz)的功能，相较于现有技术，实具有极佳的产业利用性及竞争力。

以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以此限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (18)

1.一种电源式电磁干扰抑制滤波器，其特征在于，其是电性耦接于一主芯片的电源供应线与一负载端之间，该主芯片由该电源供应线供给电源后，产生一输出电压与一输出电流，其中该输出电压与该输出电流各自有一输出电压噪声与一输出电流噪声，且该输出电压噪声与该输出电流噪声在该电源的噪声谐振影响下具有一相位差，该电源式电磁干扰抑制滤波器包括：

一位准参考电路，电性耦接于该主芯片，并根据该输出电压噪声与该输出电流噪声其中的至少一个，产生一位准参考信号；以及

至少一滤波调变电路，并联该位准参考电路，其中该至少一滤波调变电路是根据该位准参考信号对该输出电压噪声与该输出电流噪声其中的至少一个进行特征向量值的计算，使得该输出电压噪声与该输出电流噪声的强度及其之间的该相位差逐渐趋近于零，且该负载端所接收到的该输出电压与该输出电流为直流信号。

2.根据权利要求1所述的电源式电磁干扰抑制滤波器，其特征在于，该至少一滤波调变电路更包括一控制开关与至少一第一调变电路，该控制开关与该至少一第一调变电路相互串接，并耦接于该电源供应线与一接地端之间。

3.根据权利要求2所述的电源式电磁干扰抑制滤波器，其特征在于，该第一调变电路电性耦接于该电源供应线与该控制开关之间，且该控制开关连接该位准参考电路以接收该位准参考信号。

4.根据权利要求3所述的电源式电磁干扰抑制滤波器，其特征在于，该滤波调变电路更包括至少一第二调变电路，该第二调变电路电性耦接于该控制开关与该接地端之间。

5.根据权利要求2所述的电源式电磁干扰抑制滤波器，其特征在于，该第一调变电路电性耦接于该控制开关与该接地端之间，且该控制开关连接该位准参考电路以接收该位准参考信号。

6.根据权利要求5所述的电源式电磁干扰抑制滤波器，其特征在于，该滤波调变电路更包括至少一第二调变电路，该第二调变电路电性耦接于该电源供应线与该控制开关之间。

7.根据权利要求2所述的电源式电磁干扰抑制滤波器，其特征在于，该第一调变电路为由电阻、电容与电感其中的至少一被动组件组成的电路结构。

8.根据权利要求4或6所述的电源式电磁干扰抑制滤波器，其特征在于，该第二调变电路为由电阻、电容与电感其中的至少一被动组件组成的电路结构。

9.根据权利要求1所述的电源式电磁干扰抑制滤波器，其特征在于，更包括多个该滤波调变电路，以同时利用该多个滤波调变电路进行电压或电流特征向量值的计算，使得该输出电压噪声与该输出电流噪声间的该相位差逐渐趋近于零。

10.根据权利要求1所述的电源式电磁干扰抑制滤波器，其特征在于，该位准参考信号为一电压信号或一电流信号。

11.根据权利要求2所述的电源式电磁干扰抑制滤波器，其特征在于，该位准参考电路包括一参考电容与一参考电阻，其中该参考电容与该参考电阻相互串联，且该控制开关耦接于该参考电容与该参考电阻的连接节点上。

12.根据权利要求2所述的电源式电磁干扰抑制滤波器，其特征在于，该控制开关为一金氧半场效型晶体管或双载子接面晶体管，以利用该晶体管位于不同操作区域的电压电流特性进行该特征向量值的计算，使得该输出电压噪声与该输出电流噪声间的该相位差趋近于零。

13.根据权利要求1所述的电源式电磁干扰抑制滤波器，其特征在于，更包括至少一第三调变电路，该第三调变电路与该滤波调变电路相互串接，并耦接于该电源供应线与一接地端之间。

14.根据权利要求13所述的电源式电磁干扰抑制滤波器，其特征在于，该第三调变电路电性耦接于该电源供应线与该滤波调变电路之间，且该第三调变电路为由电阻、电容与电感其中的至少一被动组件组成的电路结构。

15.根据权利要求14所述的电源式电磁干扰抑制滤波器，其特征在于，更包括至少一第四调变电路，该第四调变电路电性耦接于该滤波调变电路与该接地端之间。

16.根据权利要求13所述的电源式电磁干扰抑制滤波器，其特征在于，该第三调变电路电性耦接于该滤波调变电路与该接地端之间，且该第三调变电路为由电阻、电容与电感其中的至少一被动组件组成的电路结构。

17.根据权利要求16所述的电源式电磁干扰抑制滤波器，其特征在于，更包括至少一第四调变电路，该第四调变电路电性耦接于该电源供应线与该滤波调变电路之间。

18.根据权利要求15或17所述的电源式电磁干扰抑制滤波器，其特征在于，该第四调变电路为由电阻、电容与电感其中的至少一被动组件组成的电路结构。