專利名稱：電磁噪聲減少設(shè)備的制作方法
背景1.領(lǐng)域本發(fā)明涉及散熱器輻射出的電磁干擾(EMI)，更特別涉及至少部分減少該EMI的電路。
2.背景信息電磁干擾(EMI)的特征可以表現(xiàn)為電子設(shè)備內(nèi)部或外部產(chǎn)生的干擾信號。例如典型產(chǎn)生源可以是輸電線、開關(guān)設(shè)備產(chǎn)生的噪聲和/或振蕩器產(chǎn)生的亂真輻射。EMI信號會直接或間接的導(dǎo)致電子接收機(jī)或系統(tǒng)性能降低。為了減少由例如從第二電子設(shè)備產(chǎn)生的EMI導(dǎo)致的電子設(shè)備性能降低，電子設(shè)備典型的要滿足由美國通信委員會(FCC)和無線電干擾國際特別委員會(CISPR)設(shè)置的EMI等級。
EMI輻射這個問題通常出現(xiàn)在干擾源信號從信號源通過耦合路徑傳播出來并輻射到一個設(shè)備的地方。因此該設(shè)備的性能可能會被影響。下面的例子會證明有助于說明這個概念。當(dāng)然，技術(shù)熟練的人會認(rèn)識到，可以使用很多其它的例子。在計算機(jī)系統(tǒng)中，例如，微處理器產(chǎn)生的EMI信號會傳遞到與該微處理器連接的散熱器。然后散熱器的行為實(shí)際上象一個天線，會輻射EMI信號。接著這些輻射的EMI信號會降低受影響范圍內(nèi)的電子設(shè)備的性能。
典型的試圖通過無源技術(shù)來減少電磁干擾，這里的意思是使用可以控制但不會產(chǎn)生或放大能量的惰性元件或方法。雖然這些無源方法典型是廉價的，但有時它們對于減少EMI信號是無效的或已聲明只提供有限的效果。例如這些方法可能有固有的帶寬限制和/或共振點(diǎn)，這會限制能夠被減少的EMI信號的頻率。此外，如果EMI信號源改變，例如由于處理器升級，則常常需要完全重新設(shè)計一個有效的無源方法。因此，存在對實(shí)現(xiàn)電磁噪聲減少設(shè)備的改進(jìn)電路結(jié)構(gòu)或技術(shù)的需要。
附圖簡述在詳細(xì)說明的結(jié)束部分特別指出并清楚請求了本發(fā)明的主題。但是通過在閱讀附圖時參照下面的詳細(xì)描述，能夠最好的理解本發(fā)明的運(yùn)行組織和方法，以及它的目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)，其中


圖1的示意圖說明了根據(jù)本發(fā)明的電磁噪聲減少設(shè)備的一個實(shí)施方案；圖2的示意圖說明了根據(jù)本發(fā)明的電磁噪聲減少設(shè)備的另一個實(shí)施方案；圖3的示意圖說明了根據(jù)本發(fā)明的電磁噪聲減少設(shè)備的第三實(shí)施方案；圖4的透視圖說明了根據(jù)本發(fā)明的替代實(shí)施方案，其中根據(jù)本發(fā)明的電磁噪聲減少設(shè)備的一個實(shí)施方案與散熱器連接；圖5的曲線圖說明了會由圖1-3中顯示的實(shí)施方案產(chǎn)生的電壓信號。
詳細(xì)描述在下面的詳細(xì)描述中，陳述了很多細(xì)節(jié)以達(dá)到對本發(fā)明的透徹理解。但是，那些技術(shù)熟練的人會理解，本發(fā)明可以在沒有這些特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)現(xiàn)。在其它情況下，為了不掩蓋本發(fā)明，沒有詳細(xì)描述眾所周知的方法、過程、組件和電路。
在該上下文中，散熱器包括一個設(shè)備，至少是主要功能為散熱的設(shè)備中的一個。散熱器典型包括，但不限于，一個底座，底座典型由導(dǎo)熱材料制造，例如金屬，將通常是在另一個設(shè)備中產(chǎn)生的熱量驅(qū)散、帶走或輻射到周圍環(huán)境中。下面的描述是對這種原理的應(yīng)用的說明，而不是以任何方式加以限制。對于產(chǎn)生低熱量的設(shè)備，通常用設(shè)備的包裝作為散熱器。但是，對于高功率的設(shè)備，典型需要一個獨(dú)立的散熱器，通常物理連接到一個或多個包裝，并用于降低過熱和設(shè)備毀壞的風(fēng)險。散熱器設(shè)計典型使用大的表面積，常常帶有散熱片，從而將熱量輻射到周圍環(huán)境中。散熱器典型與集成電路(IC)共同使用，通過為IC保持一個安全運(yùn)行溫度或溫度范圍來降低毀壞電路半導(dǎo)體結(jié)的可能性。
雖然散熱器提供了從電子設(shè)備吸收并輻射熱量的有益功能，但是它們也常常表現(xiàn)出吸收并輻射EMI信號的有害且不希望的作用。為了說明該原理，下面的例子會證明有用。當(dāng)然，技術(shù)熟練的人會認(rèn)識到，有很多其它的例子可以使用。在計算系統(tǒng)中，例如由微處理器產(chǎn)生的EMI信號可以傳遞到與微處理器連接的散熱器。散熱器的行為實(shí)際上象一個天線，會輻射接收到的EMI信號。然后這些輻射EMI信號會降低完全位于受散熱器影響范圍內(nèi)的一個或多個電子設(shè)備的性能。
典型的，通過無源技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)降低電磁干擾，這里的意思是使用可以控制但不會產(chǎn)生或放大能量的惰性元件或方法。一種通用的無源方法包括使用屏蔽來阻擋EMI輻射到其它電子設(shè)備。繼續(xù)計算系統(tǒng)的例子，可以使用金屬底盤或容器來遮蔽系統(tǒng)的電子元件，從而將外部電子設(shè)備與計算系統(tǒng)產(chǎn)生的EMI屏蔽起來。另一種無源系統(tǒng)試圖降低從干擾遠(yuǎn)源傳遞到接下來會將EMI輻射到其它電子設(shè)備的設(shè)備的EMI量。此外，雖然技術(shù)熟練的人會認(rèn)識到有很多其它的例子，但繼續(xù)計算系統(tǒng)的例子，可以使用將散熱器連接到微處理器的特殊技術(shù)來降低散熱器接收的EMI量。這樣一種將散熱器連接到微處理器的特殊技術(shù)的例子可能涉及在微處理器和散熱器之間的熱耦合中嵌入不可壓縮的網(wǎng)，從而增加微處理器和散熱器之間的電絕緣。第三種通用的無源方法是將輻射EMI的設(shè)備電接地。這將防止至少一部分EMI傳遞到性能會極大降低的電子設(shè)備。
雖然這些無源技術(shù)典型是廉價的，但有時它們對于減少EMI信號是無效的或已聲明只提供有限的效果。例如這些方法可能有固有的帶寬限制和/或共振點(diǎn)，這會限制能夠被減少的EMI信號的頻率。此外，如果EMI信號源改變，例如由于處理器升級，則常常會需要完全重新設(shè)計無源方法。
降低EMI信號的有源技術(shù)可能包括下列內(nèi)容。例如會接收來自散熱器等輻射設(shè)備的EMI信號。會將接收的EMI信號基本上反向。會將反向的EMI信號傳遞給輻射設(shè)備。
兩個幅度完全相等但大小相反的相互作用的電磁信號即使不完全，也會幾乎相互抵消。因此，可以使用能夠產(chǎn)生這種信號的設(shè)備來有效降低EMI信號。與常常為特定EMI信號設(shè)計或調(diào)整的無源方法不同，這種方法會主動調(diào)整以減少各種EMI信號，可以避免或至少減少例如當(dāng)EMI信號源如因處理器升級而改變時重新設(shè)計的發(fā)生率。同樣，這種實(shí)施方案可以包含減少EMI信號的功能，具有比如前面描述的那些的已知無源技術(shù)更寬的有效頻率范圍。
圖1的示意圖說明了根據(jù)本發(fā)明的電磁噪聲減少設(shè)備的實(shí)施方案100。實(shí)施方案100包含電路結(jié)構(gòu)199，測量并至少部分減少從散熱器150接收的電磁干擾(EMI)信號。在這個具體實(shí)施方案中，例如由那些因?yàn)镮C時鐘、邏輯電路和總線轉(zhuǎn)換等而產(chǎn)生的高頻EMI信號是該實(shí)施方案中減少的主要目標(biāo)；但是本發(fā)明在范圍上不限于這個方面。例如那些因?yàn)殡娫醇夥逍盘柖a(chǎn)生的低通頻率EMI信號不是該實(shí)施方案中減少的特定目標(biāo)，但在其它實(shí)施方案中可能是。相反，圖2說明了本發(fā)明的一個替代實(shí)施方案，其主要目標(biāo)不是高通EMI信號。此外，本發(fā)明當(dāng)然不限于這兩種具體實(shí)施方案。
在圖1顯示的具體實(shí)施方案中，出于方便的原因在圖1中將散熱器150顯示了兩次。在該具體實(shí)施方案中，使用了一個散熱器。同樣，出于說明的目的，散熱器150中顯示的電阻器152 & 154、電容器151和電感器153只是便于近似或表示散熱器的分布式屬性。當(dāng)然，散熱器典型不會象這樣包含主要的電阻器、電容器和/或電感器。
要提到的是，圖1說明了根據(jù)本發(fā)明的一個電路結(jié)構(gòu)的實(shí)施方案，但本發(fā)明不限于這個具體實(shí)施方案。該實(shí)施方案的第一電路級包括運(yùn)算放大器(op-amp)111，與電阻器123 & 124和電容器130相連，以便形成一個低通濾波器，盡管任意低通濾波器會證明是合適的。低通濾波器主要通過低于特定截止閥值的頻率，主要衰減大大高于閥值的頻率。要提到的是，不要求本發(fā)明有一個主要功能是頻率濾波的電路。
op-amp 111通過在接頭173 & 170加電來供電。圖1舉例說明了±12伏的電源。本發(fā)明不限于±12伏，技術(shù)熟練的人會很快認(rèn)識到，可以使用各種電壓和電源為op-amp 111供電。例如，可以使用連接到散熱器的風(fēng)扇的電源。在該實(shí)施方案中，op-amp 111的正極接頭181接地，連接op-amp 111的負(fù)極接頭183以接收來自散熱器150的EMI信號。
圖1中顯示的實(shí)施方案的第二級電路包括op-amp 110，連接該op-amp 110，以便將通過電阻器120從散熱器150接收的信號與通過電阻器125的op-amp 111的輸出信號相加。反饋通過電阻器121提供。op-amp 110的輸出信號通過電阻器126傳遞給散熱器150。應(yīng)該認(rèn)識到，本發(fā)明不限于使用一個op-amp。可以使用各種集成或分離的模擬和/或數(shù)字元件來反轉(zhuǎn)接收到的EMI信號，本發(fā)明在范圍上不限于具體種類的元件或具體的元件組合。
op-amp 110通過在接頭172 & 171加電來供電。圖1舉例說明了±12伏的電源。本發(fā)明不限于±12伏，技術(shù)熟練的人會很快認(rèn)識到，可以使用各種電壓和電源為op-amp 110供電。例如，如前面指出的，可以使用連接到散熱器的風(fēng)扇的電源。在該實(shí)施方案中，op-amp 110的正極接頭180接地，連接op-amp 110的負(fù)極接頭182以接收來自散熱器150的EMI信號，并接收來自op-amp 111輸出信號通過電阻器125的信號。
運(yùn)行中，對于圖1顯示的具體實(shí)施方案，從散熱器150接收EMI信號。在圖1實(shí)施方案的第一電路級中，對EMI信號低通濾波。要提到的是，雖然這個具體實(shí)施方案包含一個低通濾波器，但是不要求本發(fā)明以任意形式包含一個濾波器電路。此外雖然本發(fā)明在范圍上不限于這個方面，但由于帶寬寬、噪聲低且輸出阻抗特性低，可以使用op-amp。
第一級電路將接收到的EMI信號的反向低頻形式提供給第二級。因此，由op-amp 111提供的希望相位偏移大約為180°。為了獲得一個單位增益，可以將電阻器123和124設(shè)置為基本相等的值或電阻屬性彼此相當(dāng)。在該實(shí)施方案中，為了反轉(zhuǎn)輸入信號，將輸入信號提供給op-amp 111的倒相輸入端183。在該實(shí)施方案中，電容器130的值可以改變，設(shè)置為希望的濾波器頻率閥值。此外也許其它方法是合適的。
在該實(shí)施方案中，第二級電路濾波出接收到的EMI信號的低頻成分，得到接收到的EMI信號的反向。反向的低頻EMI信號通過電阻器125傳遞，與通過電阻器120傳遞的大致未變的EMI信號相加，當(dāng)然即使本發(fā)明在范圍上不限于這個方面。這產(chǎn)生了一個主要包含由散熱器150接收的EMI信號的高頻分量的信號。該信號提供給op-amp 110的倒相輸入端。
第二級電路為散熱器150提供了一個接收到的EMI信號的反向高頻形式。因此，op-amp 111提供的希望相位偏移大約是180°。為了達(dá)到這一目標(biāo)，電阻器120和121的值應(yīng)該基本相等。但是，可以調(diào)整電阻器121的值以達(dá)到更高的增益，從而補(bǔ)償例如由于電路寄生效應(yīng)和散熱器互連而造成的損耗。
然后將從散熱器150接收的這個EMI信號的反向高頻形式通過電阻器126往回傳遞給同一個散熱器。電阻器126的值可以小，可以用于提供電路的穩(wěn)定性。在圖1說明的具體實(shí)施方案中，接收到的EMI信號的高頻分量和反向高頻EMI信號相互作用，它們可以至少部分或幾乎完全相互抵消掉。因此，結(jié)果是可以大大減少散熱器輻射到其它電子設(shè)備的EMI。
圖2說明了本發(fā)明的一個實(shí)施方案，沒有圖1的第一級濾波電路。在圖2中說明的實(shí)施方案中，本發(fā)明在沒有基本的濾波或修改的情況下反轉(zhuǎn)接收到的EMI信號。當(dāng)接收到的EMI信號和反向EMI信號相互作用時，它們可以再次至少部分或幾乎完全相互抵消掉。因此，這里也是可以大大減少散熱器輻射到其它電子設(shè)備的EMI。
圖3顯示了本發(fā)明的一個實(shí)施方案，其中通過控制器301可以動態(tài)調(diào)整對反向EMI信號的增幅。通過修改電阻器121的值，控制器301動態(tài)調(diào)整op-amp 110的增益。要提到的是，本發(fā)明不限于任何具體的、動態(tài)調(diào)整反向EMI信號增幅的技術(shù)。例如，技術(shù)熟練的人可能知道很多動態(tài)調(diào)整的技術(shù)，例如在降低由散熱器輻射到其它設(shè)備的EMI信號中包含頻率濾波量。所有這種用于動態(tài)調(diào)整EMI信號的技術(shù)都包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
圖4顯示了本發(fā)明的一個實(shí)施方案，其中如在例如圖1中的第一實(shí)施方案中顯示的電路199連接到散熱器150。例如可以集成散熱器150和電路199以形成一個獨(dú)立元件。在替代實(shí)施方案中，雖然本發(fā)明再次在范圍上不限于這個方面，但可以將各種減少EMI信號的無源技術(shù)與有源技術(shù)結(jié)合。例如，雖然那些技術(shù)熟練的人會認(rèn)識到存在其它的例子，但將散熱器連接到一個微處理器，可以包括在微處理器和散熱器之間的熱耦合之中嵌入一個不可壓縮的網(wǎng)，以增加微處理器和散熱器之間的電絕緣。此外，如前面描述的實(shí)施方案之一的根據(jù)本發(fā)明的有源技術(shù)，也可以用來與減少EMI的有源技術(shù)一起減少EMI信號。
圖5顯示了外加EMI信號501，由“吵鬧的”電子設(shè)備產(chǎn)生并傳遞給如圖1中顯示的種類之一的散熱器。也顯示了對由本發(fā)明實(shí)施方案產(chǎn)生的反向EMI信號502的抽樣。還顯示了得到的、由散熱器輻射的疊加信號503。
本發(fā)明的其它實(shí)施方案可能包含一個計算平臺，與如在實(shí)施方案中顯示的散熱器和電路相連，例如在圖1的電路199中。在該實(shí)施方案中，計算平臺可能包含處理指令的組件和存儲指令的存儲器。在本發(fā)明的這個具體實(shí)施方案中，可以連接散熱器和電路來至少部分減少由該計算平臺產(chǎn)生的EMI信號。
雖然這里已經(jīng)說明和描述了本發(fā)明的特定特征，但現(xiàn)在對于那些技術(shù)熟練的人可以進(jìn)行很多修改、替換、變更和等效。因此，要理解的是，附加的權(quán)利要求計劃涵蓋所有這些落在本發(fā)明真正精神范圍內(nèi)的修改和變更。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括一個電路，和至少一個散熱器；連接該至少一個散熱器和該電路，以便至少部分減少電路運(yùn)行期間由該至少一個散熱器接收的電磁干擾(EMI)信號。
2.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該電路還包括至少一個有源模擬設(shè)備，該至少一個有源模擬設(shè)備能夠產(chǎn)生一個信號來至少部分減少EMI信號。
3.權(quán)利要求2的設(shè)備，其中該至少一個有源模擬設(shè)備包括一個運(yùn)算放大器。
4.權(quán)利要求2的設(shè)備，其中該至少一個模擬設(shè)備主要產(chǎn)生電路運(yùn)行期間由至少一個散熱器接收的EMI信號的反向。
5.權(quán)利要求4的設(shè)備，其中運(yùn)行期間由該至少一個散熱器接收的EMI信號與該EMI信號的反向疊加，導(dǎo)致該EMI信號近乎抵消。
6.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中連接該有源電路，以便至少部分減少從在基本上由高于、低于和等于一個主要的預(yù)定頻率閥值的頻率構(gòu)成的組中選出的EMI信號。
7.權(quán)利要求4的設(shè)備，其中連接該電路，從而在電路運(yùn)行期間動態(tài)調(diào)整EMI信號的反向。
8.權(quán)利要求7的設(shè)備，其中連接該電路，從而在電路運(yùn)行期間動態(tài)調(diào)整EMI信號的反向的振幅。
9.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中連接該電路，從連接到該至少一個散熱器的電力驅(qū)動冷卻設(shè)備接收電能。
10.一種連接到至少一個散熱器的集成電路(IC)，包括一個電路；該電路的電路結(jié)構(gòu)使得當(dāng)該電路運(yùn)行時，該電路至少部分減少由該至少一個散熱器接收的電磁干擾(EMI)信號。
11.權(quán)利要求10的集成電路(IC)，其中該電路與該至少一個散熱器物理連接。
12.權(quán)利要求10的集成電路(IC)，其中該電路還包括至少一個有源模擬設(shè)備，該至少一個有源模擬設(shè)備能夠至少部分減少EMI信號。
13.權(quán)利要求12的集成電路(IC)，其中該至少一個模擬設(shè)備包括一個運(yùn)算放大器。
14.權(quán)利要求12的集成電路(IC)，其中該至少一個模擬設(shè)備主要產(chǎn)生在電路運(yùn)行期間由該至少一個散熱器接收的EMI信號的反向。
15.權(quán)利要求10的集成電路(IC)，其中連接該電路，以便至少部分減少從在基本上由高于、低于和等于一個主要的預(yù)定頻率閥值的頻率構(gòu)成的組中選出的EMI信號。
16.權(quán)利要求10的集成電路(IC)，其中連接該電路，從而在電路運(yùn)行期間動態(tài)調(diào)整EMI信號的反向。
17.權(quán)利要求10的集成電路(IC)，其中連接該電路，從連接到該至少一個散熱器的電力驅(qū)動冷卻設(shè)備接收電能。
18.一種系統(tǒng)，包括一個計算平臺，包括一個處理指令的組件，一個存儲指令的存儲器；一個電路和至少一個散熱器；連接散熱器和電路，以便至少部分減少在電路運(yùn)行期間由該計算平臺產(chǎn)生和由該至少一個散熱器接收的電磁干擾(EMI)信號。
19.權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其中電路還包括至少一個有源模擬設(shè)備，該至少一個有源模擬設(shè)備能夠至少部分減少EMI信號。
20.權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其中集成該至少一個散熱器和該電路，以便形成一個獨(dú)立的組件。
21.權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其中連接該電路，從而在電路運(yùn)行期間動態(tài)調(diào)整EMI信號的反向。
22.權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其中另外配置該至少一個散熱器，實(shí)現(xiàn)無源減少EMI信號。
23.一種使用散熱器的方法，包括通過散熱器接收電磁干擾(EMI)信號；產(chǎn)生一個電磁信號以至少部分減少該EMI信號。
24.權(quán)利要求23的方法，其中產(chǎn)生一個電磁信號以至少部分減少該EMI信號，包括基本上反轉(zhuǎn)接收到的EMI信號。
25.權(quán)利要求23的方法，其中產(chǎn)生一個電磁信號以至少部分減少該EMI信號包括，在運(yùn)行期間動態(tài)調(diào)整電磁信號以至少部分減少該EMI信號。
26.權(quán)利要求23的方法，其中產(chǎn)生一個電磁信號以至少部分減少該EMI信號包括生成一個從在基本上由高于、低于和等于一個主要的預(yù)定頻率閥值的頻率構(gòu)成的組中選出的電磁信號。
全文摘要
簡短地說，根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案，電磁干擾(EMI)減少設(shè)備可能包括一個電路和至少一個散熱器。電路可能包括連接模擬設(shè)備以減少由散熱器接收的EMI信號。可以明確的調(diào)整設(shè)備，將散熱器接收的EMI信號基本上反轉(zhuǎn)或相位偏移180°。
文檔編號H05K9/00GK1481659SQ01819301
公開日2004年3月10日 申請日期2001年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月21日
發(fā)明者M·沙菲爾, M 沙菲爾 申請人:英特爾公司