共模電感如何解決數據量增長帶來高頻EMI問題

電子發燒友網報道（文/李寧遠）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被動元器件。各個應用領域內都有著這些被動元器件的身影，這些被動元器件不僅關系到硬件電路整體的穩定性，還決定了電子設備整體質量的優劣。

電感是互感和自感的總成，是閉合電路中基礎的物理量。電感器則是利用電感特性，能夠把電能轉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。

數據接口升級帶來大量共模噪聲干擾

目前數據傳輸接口、差分線路接口都在往更高的速度迭代，以廣泛應用的MIPI為例，2003年成立的MIPI聯盟，自2007年發布D-PHY協議，已經從v1.0版本開始已經迭代了多個版本。MIPI D-PHY協議現在已廣泛應用在智能手機上面，包括其他的帶屏設備。隨著帶屏設備的快速發展，人們對屏幕的像素，攝像頭的像素要求有了更大的提升，協議的傳輸速率也在快速提升。2011年出現的M-PHY協議，2013年出現的C-PHY協議都是為了進一步提高傳輸速率。

M-PHY協議因為功耗和相關配套設備的問題應用較少，D-PHY和C-PHY在現在帶屏設備中大量應用著。隨著協議版本迭代，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。

在這種應用中，串聯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。

其應用原理也非常簡單，在線路中串聯共模電感，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。

共模電感發展趨勢

共模電感主要應用在移動通訊、汽車、工業等行業，其中手機等移動通訊領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，但醫療航空、汽車、工業用電感價值量更高，尤其是汽車領域，隨著汽車電子系統傳輸速率進一步升級，數據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。

通訊設備和汽車領域對共模電感的大量需求也拉動了共模電感的市場增長，據Global Info Research調研，2021年全球共模電感市場規模約為6.685億美元，預計2028年將達到9.167億美元，2022至2028期間年復合增長率為4.6%。

為了應用傳輸速率升級，共模電感也呈現出高頻化的發展趨勢。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展趨勢，小型化，主要是為了應對終端設備多功能化導致的設計空間不足，比如像智能手機，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、銀進行多材料燒結，在內部形成精細的導電電極并形成多層多圈繞線結構，提升共模阻抗、差模損耗等指標數值。這種技術方案非常契合USB3.0、MIPI和HDMI這些高速差分信號，因為這種電感設計通過改變線圈設計可以實現480MHz-2.4GHz的共模噪聲抑制。而且采用高耦合設計，這種技術路線在差分信號的損耗上非常小。

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

小結

在數據量不斷增長的各種應用里，差分線高頻EMI問題會出現得越來越頻繁，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用于各種智能設備的差分線路接口。