CN1707979B - 降低来自电子模块的幅射发射的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种具有减弱的EMI噪声发射的电子模块组。本发明的电子模块组包括发出EMI噪声的电子模块组件。电子模块组具有第一电参考区和与电子模块组件保持联系的第二电参考区。将阻抗组件与第一参考区和第二参考区串联设置,从而阻抗组件使第一电磁噪声信号衰减。电子模块组还包括低通滤波器,与电子模块组件保持电联系。本发明还提出了减弱EMI噪声发射的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于降低电子组件的输入端和输出端上的电磁噪声的设备和方法;更具体地,涉及一种用于降低包含在汽车(automobile)中的电子组件的输入端和输出端上的电磁噪声的设备和方法。
背景技术
在机动车辆中包含电子组件尾随着这样的设备的发展和改进的轨迹。自从第一辆汽车辆研制以来,一直趋向于利用能够以更尖端的方法操作的电子设备来代替机械设备。例如,这种设备包括制动系统、发动机控制微处理器等。此外,已经将新技术与汽车辆结合为一体,因为这种技术已经变得可用。这种技术的实例包括娱乐系统(收音机、CD播放器)、通信系统(蜂窝电话)、导航系统、环境控制系统等。
如果对车载设备执行高速切换,则电子组件是潜在噪声源。同样地,附近的源通过输入/输出端将噪声传递到电子组件,这种噪声对组件产生干扰。此外,可能会将部分非所需的能量重新分配到电子组件的其它端口。特别地,混合电动车辆(HEV)和电动车辆充满了电子设备和组件。这种组件包括基于尖端集成电路的设备和基于相当大的无源组件的系统。除了可以在内燃车辆中找到的组件,典型地,HEV包括:高压电池,用于操作用于向车辆的车辆轮提供转矩的电动机/发电机组件。HEV或电动车辆的操作需要对高压电池和电动机之间的电信号进行调节,以提供HEV内的不同组件的输入和输出之间的兼容性。例如,这种调节组件包括转换器、逆变器、整流器和变频器。逆变器用于将DC电压转换为AC电压,整流器将AC电压转换为DC电压,并且变频器使输入AC交流功率与所需的AC输出相匹配。
为了阻止噪声传播,在电子组件的输入/输出端口附近实现滤波器,以便削弱组件输入或输出的电磁噪声。通常,由于信号跟踪和参考平面(通常为地平面)之间的旁路电容器,这种滤波器具有低通特性。不利地,在许多情况下,参考平面具有噪声,从而使噪声找到从噪声参考平面通过旁路电容器到信号线的路径。换句话说,与最初的情况相比,这些旁路电容器可能将更多噪声传入信号线。为了解决这个问题,必须降低参考平面噪声电平,这并不容易,或者几乎不可能。另一方法是将安静区域识别为新参考平面。为了使此新区域保持安静,必须利用此区域和噪声区之间的充分隔离,使主噪声电流与此区域隔离,以在信号线上产生可接受的噪声电平。
因此,需要改进的策略来降低电磁干扰对车辆的电子组件的影响,特别是对混合电动车辆的电子组件的影响。
发明内容
本发明通过在一个实施例中提供电子模块电磁干扰(EMI)噪声发射,克服了现有技术的一个或多个问题。因此,本发明的组件将发出干扰其他组件的较少噪声。本发明的电子模块组包括发出EMI噪声的电子模块组件。此电子模块组件本身可以包括许多无源和有源组件,如集成电路、二极管、晶体管、电阻器、电容器、电感器等。电子模块组具有第一电参考区,与电子模块组件联系。第一电磁噪声信号受到第一电参考区的干扰,该第一电磁噪声信号至少部分引起电子模块组件的输入和输出上不可接受的高噪声。有利地,可以将第二电参考区识别或设计为电子模块组件,此第二电参考区特征在于第二电磁噪声信号,由于本发明的设计,此第二电磁噪声信号将具有低于第一电磁噪声信号的幅度。具体地,将阻抗组件与第一参考区和第二参考区串联设置,从而阻抗组件使第一电磁噪声信号衰减。电子模块组还包括滤波器组件,其与电子模块组件保持电联系。滤波器组件降低电子模块组件的输入和/或输出上的噪声。已经发现,使用用于提供了更安静的第二参考区的阻抗组件能够简单且有效地减小干扰电子组件(尤其,用于汽车的这些组件中)的噪声。已经发现本发明的电子组件组的两个变体是有用的。在一个变体方案中,滤波器组件和电子模块组位于一个电路板上。在第二变体方案中,滤波器组件和电子模块组位于不同电路板上。
在本发明的另一实施例中,提出了减小来自利用本发明的电子模块组的电子模块的输入和输出信号的EMI噪声发射的方法。本发明的方法包括:通过将阻抗组件与第一电参考区和第二电参考区串联设置,来减小来自电子组件模块的输入和输出的EMI噪声发射。如上所述,第二电参考区特征在于第二电磁噪声信号,其小于第一电磁噪声信号,该第一电磁噪声信号表明第一电参考区的特征。接下来,利用对第二(更安静)电参考区进行参考的滤波器组件,对电子模块组件的输出信号和输入信号之一或这两者进行滤波。
附图说明
图1是本发明的电子模块组的示意图,其中电子模块组件和低通滤波器组件位于电路板上;
图2是本发明的电子模块组的示意图,其中电子模块组件和低通滤波器组件位于不同电路板上;
图3A是简单低通滤波器组件的示意图,其中仅包括电容器,所述电容器与本发明的电子模块组中的任一杂散电阻或电感结合在一起进行操作;
图3B是低通R-C滤波器的示意图,在实施本发明时其可以用作低通滤波器组件;
图3C是二阶低通R-C滤波器的示意图,在实施本发明时其可以用作低通滤波器组件;
图3D是低通L-R滤波器的示意图,在实施本发明时其可以用作低通滤波器组件;
图3E是低通L-C滤波器的示意图,在实施例本发明时其可以用作低通滤波器组件;
图3F是低通滤波器组件的示意图,包括共模电感器,在对差分参考对的每个输入之间具有旁路电容器;
图4A是未利用本发明的滤波的组件的噪声频谱的曲线图;以及
图4B是利用了本发明的滤波的组件的噪声频谱的曲线图。
具体实施方式
现在,将详细参考本发明的当前优选结构或实施例和方法,这些构成了发明者当前所已知的实施本发明的最好模式。
在本发明的实施例中,提出了一种使EMI噪声发射减少的电子模块组。根据图1,示出了本发明的电子模块组的示意图。电子模块组10包括发射EMI噪声的电子模块组件12。典型地,组件12将位于载体14上,载体14为电路板。组10还具有第一电参考区16,与电子组件12保持联系。这里,所使用的保持联系指保持电接触,尽管这样的电接触可以具有一个或多个额外的插入电子组件。第一电参考区16特征在于第一电磁噪声信号,其干扰来自电子模块组件12的输入或输出信号。此外,组10还包括第二电参考区20,其特征在于第二电磁噪声信号。将阻抗组件22与第一参考区和第二参考区串联设置,从而该阻抗组件削弱了第一电磁噪声信号,从而第二电磁噪声信号具有小于第一电磁噪声信号的幅度的幅度。最后,组10还包括低通滤波器组件24,与电子模块12保持电联系。低通滤波器组件24对第二电参考区20进行参考,与第一电参考区16相比,更为安静(即,具有更小的噪声)。低通滤波器组件24削弱了电子模块12的信号线26上的电磁噪声。信号线26可以传送输入或输出信号。
低通滤波器组件24可以是有源或无源低通滤波器。适合的滤波器组件的实例包括旁路电容器,具有与第二电参考区20保持电接触的第一端、和与电子组件的输入或输出信号保持电联系的第二端。低通滤波器组件24的适当结构的另一实例是共模电感器,具有在差分参考对的每个输入之间的旁路电容器。低通滤波器组件24特征在于利用为滤波器设计的领域中普通技术人员所公知的方法的时间响应。根据要滤波的电磁噪声信号的频率来选择最优时间响应。由于第一电磁噪声信号具有从大约0.1到大约100KHz的频率,适当的时间响应将为从大约0.01毫秒到大约10毫秒。当第一电磁噪声信号具有从大约0.1MHz到大约100MHz的频率时,合适的时间响应将为从大约0.01微秒到大约10微秒。
如上所述,将阻抗组件22与第一参考区16和第二参考区20串联设置,从而衰减第一电磁噪声信号,由此,第二电磁噪声信号具有小于第一电磁噪声信号的幅度的幅度。优选地,阻抗组件22的阻抗幅度为从大约1欧姆到大约500欧姆。更优选地,组件22的阻抗幅度为从大约2欧姆到大约200欧姆;最优选地,阻抗组件22的阻抗幅度为从大约5欧姆到大约50欧姆。
在本发明的第一变体中,低通滤波器组件24和电子模块组件12位于相同电路板上。图1提供了第一变体的示意图。在本发明的第二变体中,低通滤波器组件24和电子模块组件12位于不同电路板上。参考图2,电子模块组70包括第一电路板72,其上安装有容易受到电磁噪声干扰的电子模块组件12。第一电参考区76与电子模块组件12保持联系。第一电参考区76特征在于第一电磁噪声信号。第二电参考区78特征在于第二电磁噪声信号。将阻抗组件22与第一参考区76和第二参考区78串联设置,从而阻抗组件22使第一电磁噪声信号衰减,由此,第二电参考区78特征在于第二电磁噪声信号,其中第二电磁噪声信号的幅度波于第一电磁噪声信号的幅度。电子模块组70还包括第二电路板82,低通滤波器组件24位于其上。低通滤波器组件24与电子模块组件12保持联系,并对第二电参考区78进行参考。低通滤波器组件24使去往电子模块组件12的输入信号或来自电子模块组件12的输出信号之一或两者的电磁噪声衰减。对电子组件12、阻抗组件22和低通滤波器组件24的选择与上述相同。
根据图3A-F,提供了在本发明的实施中可以使用的低通滤波器结构的非限制性实例。图3A是简单低通滤波器组件的示意图,其仅包括电容器,所述电容器与任意杂散电阻或电感结合在一起进行操作。图3B是低通R-C滤波器的示意图,在实施本发明时其可以用作低通滤波器组件。图3C是两级低通R-C滤波器的示意图,在实施本发明时其可以用作低通滤波器组件。图3D是低通L-R滤波器的示意图,在实施本发明时其可以用作低通滤波器组件;图3E是低通L-C滤波器的示意图,在实施例本发明时其可以用作低通滤波器组件。图3F是低通滤波器组件的示意图,包括共模电感器,具有在差分参考对的每个输入之间的旁路电容器。
在本发明的另一实施例中,提出了一种用于降低电子模块的输入和输出信号的噪声的方法。这种噪声的存在可能导致EMI噪声发射,这可能会干扰其它电子组件。参考图1,通过将阻抗组件22与第一电参考区16和第二电参考区20串联地定位,来降低对电子模块组件12的输入或输出上出现的电磁噪声。如上所述,第二电参考区20特征在于第二电磁噪声信号,所述第二电磁噪声信号小于第一电磁噪声信号,这是因为由阻抗组件22对第一电磁噪声信号的衰减。接下来,利用对第二电参考区20进行参考的低通滤波器组件22,对电子模块组件12的输出信号和输入信号中的一个或这两者进行滤波。由于阻抗组件22的作用,第二电参考区20提供了比更嘈杂的第一电参考区16更安静的参考。可以在电子模块组件12和低通滤波器组件24位于相同或不同电路板的任意变体方案中应用此实施例的方法。对于电子模块组,对电子组件12、阻抗组件22和低通滤波器组件24的选择与上述相同。
通过参考图4A-B,本发明的电子模块和电磁噪声滤波方法的优点显而易见。图4A提供了未利用滤波的电子设备的电磁噪声频谱,而图4B提供了利用了本发明的滤波方法的电子组件的电磁噪声频谱。通过操作设备来测量来自电子设备的幅射EMI噪声,并通过具有频谱分析仪来测量由天线接收到的信号。利用设置为9千赫的设备分辨带宽(“RBW”),从25兆赫(MHz)到1000兆赫,对幅射EMI噪声进行测量。然而,在FM射频频带处(约70兆赫和108兆赫之间),将RBW改变为120千赫,以反映常规FM无线电的接收带宽。然而,当增加RBW时,由设备所接收到的能量也发生增加(即使实际噪声是相同的)。这解释了在图4A和4B中所示的频谱上70兆赫和108兆赫处的跳跃。与图4A相比,图4B清楚示出了针对所有频率的噪声的幅度的显著下降。
尽管已经示出并描述了本发明的实施例,但这些实施例并非示出和解释本发明的所有可能形式。相反,在说明书中使用的用语为描述性而非限制性词语,应当理解,可以进行各种改变,而不脱离本发明的精神和范围。
Claims (23)
1.一种电子模块组,用于减小来自发出EMI噪声的电子模块组件的EMI噪声发射,所述模块组包括:
第一电参考区,与所述电子模块组件电接触,所述第一电参考区的特征在于第一电磁噪声信号;
第二电参考区,所述第二电参考区的特征在于第二电磁噪声信号;
阻抗组件,与所述第一电参考区和所述第二电参考区串联,从而所述阻抗组件使所述第一电磁噪声信号衰减,由此,所述第二电磁噪声信号的幅度小于所述第一电磁噪声信号的幅度;以及
低通滤波器组件,与所述电子模块组件电接触且对所述第二电参考区进行参考,所述低通滤波器组件使去往所述电子模块组件的输入信号或来自所述电子模块组件的输出信号之一或这两者的电磁噪声衰减。
2.根据权利要求1所述的电子模块组,其特征在于所述低通滤波器组件是有源或无源低通滤波器。
3.根据权利要求1所述的电子模块组,其特征在于所述低通滤波器是具有与所述第二电参考区电接触的第一端和与所述电子模块组件的输入或输出信号电联系的第二端的旁路电容器。
4.根据权利要求1所述的电子模块组,其特征在于所述低通滤波器组件包括共模电感器,在对所述共模电感器的每个输入之间具有旁路电容器。
5.根据权利要求2所述的电子模块组,其特征在于:当所述第一电磁噪声信号具有从大约0.1到大约100千赫的频率时,所述低通滤波器组件具有从大约0.01毫秒到大约10毫秒的时间响应。
6.根据权利要求5所述的电子模块组,其特征在于:当所述第一电磁噪声信号具有从大约0.1兆赫到大约100兆赫的频率时,所述低通滤波器组件具有从大约0.01微秒到大约10微秒的时间响应。
7.根据权利要求1所述的电子模块组,其特征在于所述低通滤波器组件和所述电子模块组件位于相同电路板上。
8.根据权利要求1所述的电子模块组,其特征在于所述低通滤波器组件和所述电子模块组件位于不同电路板上。
9.根据权利要求1所述的电子模块组,其特征在于所述阻抗组件的阻抗幅度为从大约1欧姆到大约500欧姆。
10.根据权利要求9所述的电子模块组,其特征在于所述阻抗组件的阻抗幅度为从大约2欧姆到大约200欧姆。
11.根据权利要求10所述的电子模块组,其特征在于所述阻抗组件的阻抗幅度为从大约5欧姆到大约50欧姆。
12.一种减小EMI噪声发射的电子模块组,所述电子模块组包括:
第一电路板;
电子模块组件,所述电子模块组件位于所述第一电路板上,用于发射EMI噪声;
第一电参考区,与所述电子模块组件电接触,所述第一电参考区的特征在于第一电磁噪声信号;
第二电参考区,所述第二电参考区的特征在于第二电磁噪声信号;
阻抗组件,与所述第一电参考区和所述第二电参考区串联,从而所述阻抗组件使所述第一电磁噪声信号衰减,由此,其中所述第二电磁噪声信号的幅度小于所述第一电磁噪声信号的幅度;
第二电路板;以及
低通滤波器组件,位于所述第二电路板上,与所述电子模块电接触并对所述第二电参考区进行参考,所述低通滤波器组件使去往所述电子模块组件的输入信号或来自所述电子模块的输出信号之一或这两者的电磁噪声衰减。
13.根据权利要求12所述的电子模块组,其特征在于所述低通滤波器组件是有源或无源低通滤波器。
14.根据权利要求12所述的电子模块组,其特征在于所述低通滤波器是具有与所述第二电参考区电接触的第一端和与所述电子模块组件的输入或输出信号电联系的第二端的旁路电容器。
15.根据权利要求12所述的电子模块组,其特征在于:当所述第一电磁噪声信号具有从大约0.1到大约100千赫的频率时,所述低通滤波器组件具有从大约0.01毫秒到大约10毫秒的时间响应。
16.根据权利要求12所述的电子模块组,其特征在于:当所述第一电磁噪声信号具有从大约0.1兆赫到大约100兆赫的频率时,所述低通滤波器组件具有从大约0.01微秒到大约10微秒的时间响应。
17.根据权利要求12所述的电子模块组,其特征在于所述阻抗组件的阻抗幅度为从大约5欧姆到大约50欧姆。
18.一种减小位于第一电参考区的电子模块的输入和输出信号上的噪声的方法,所述第一电参考区特征在于第一电磁噪声信号,所述方法包括:
通过将阻抗组件与第一电参考区和第二电参考区串联设置,来减小电磁噪声,所述第二电参考区特征在于第二电磁噪声信号,其中由于所述阻抗组件对所述第一电磁噪声信号的衰减,所述第二电磁噪声信号的幅度小于所述第一电磁噪声信号的幅度;以及
利用对所述第二电参考区进行参考的低通滤波器组件,对电子模块的输出信号和输入信号之一或这两者进行滤波。
19.根据权利要求18所述的方法,其特征在于所述低通滤波器组件是有源或无源低通滤波器。
20.根据权利要求18所述的方法,其特征在于所述低通滤波器是具有与所述第二电参考区电接触的第一端和与所述电子模块组件的输入或输出信号电联系的第二端的旁路电容器。
21.根据权利要求18所述的方法,其特征在于:当所述第一电磁噪声信号具有从大约0.1到大约100千赫的频率时,所述低通滤波器组件具有从大约0.01毫秒到大约10毫秒的时间响应。
22.根据权利要求18所述的方法,其特征在于:当所述第一电磁噪声信号具有从大约0.1兆赫到大约100兆赫的频率时,所述低通滤波器组件具有从大约0.01微秒到大约10微秒的时间响应。
23.根据权利要求18所述的方法,其特征在于所述阻抗组件的阻抗幅度为从大约5欧姆到大约50欧姆。
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