EMC/EMI综合解决方案与设计经验分享

Diabloa · 发表于 2018-12-17 11:30

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EMC/EMI综合解决方案与设计经验分享

随着电气电子技术的发展，家用电器产品日益普及和电子化，广播电视、邮电通讯和计算机及其网络的日益发达，电磁环境日益复杂和恶化，使我们逐渐关注设备的工作环境，日益关注电磁环境对电子设备的影响，电气电子产品的电磁干扰(EMI)和电磁兼容性(EMC)的问题越来越受到工程师和生产企业的重视。

静电防护（ESD）找到被保护对象很重要
“在设计电磁防护电路中，工程师要清楚的知道在系统里要保护什么？找到被保护的对象很重要，如何在10000个器件中找到哪些是核心的，哪些是容易受干扰的？当找到了被保护的电路，就要开始进行静电分析，是哪种静电让它失效的？是什么原因？分析完种种原因后就要进行静电防护措施，选用对应的器件。” 赵阳博士在电磁兼容问题综合解决方案中提到。

传导性ESD防护：对静电电流在电路中防护主要使用一些保护器件，在敏感器件前端构成保护电路，引导或耗散电流。此类保护器件有：陶瓷电容，压敏电阻，TVS管等。

辐射性ESD防护：对于静电产生的场对敏感电路产生影响，防护方法主要是尽量减少场的产生和能量，通过结构的改善增加防护能力，对敏感线路实施保护。对场的保护通常比较困难，在改良实践中探索出了一种叫做等位体的方法。通过有效地架接，是壳体形成电位相同体，抑制放电。事实证明此种方式有效易于实施。

防护静电的一般方法（前三条是针对直接放电，后两条是针对关联场的耦合）

减少静电的积累；
使产品绝缘，防止静电发生；
对敏感线路提供支路分流静电电流；
对放电区域的电路进行屏蔽；
减少环路面积以保护电路免受静电放电产生的磁场的影响。

从电磁感应认识开始电磁兼容设计
社区好老师陶显芳老师认为：一个好的电子产品，除了产品自身的功能以外，电路设计（ECD）和电磁兼容设计（EMCD）的技术水平，对产品的质量和技术性能指标起到非常关键的作用。很多人从事电子线路设计的时候，都是从认识电子元器件开始，但从事电磁兼容设计的时候却无从下手。实际上从事电磁兼容设计是从电磁场理论开始，即从电磁感应认识开始…

试想一下，多个电子设备在同一空间工作时，在其周围会产生一定强度的电磁场，在场或者人为的作用下，各种干扰会通过传导、辐射等途径对设备进行干扰，使得系统变得不稳定，甚至出现死机现象——罪魁祸首是电磁干扰。

电磁干扰普遍存在于电子产品，不仅是设备之间的相互影响，同时也存在于元件与元件之间，系统与系统之间，其主要的两种途径为传导干扰和辐射干扰，而传导干扰又细分为共模干扰差模干扰。引起干扰的原因种类复杂，其核心为静电放电干扰。如何确保系统的稳定工作而不受外界影响？下面是电子元件技术网为你整理的“三步走”法则，为彻底解决静电放电干扰提供必要的宝典，以提高设计效率。

降低辐射干扰的三大对策
1、一个是屏蔽，另一个是减小各个电流回路的面积（磁场干扰），和带电导体的面积及长度（电场干扰）。
2、当载流体的长度正好等于干扰信号四分之一波长的整数倍的时候，干扰信号会在电路中产生谐振，这时辐射干扰最强，这种情况应尽量避免。
3、磁场辐射干扰主要是流过高频电流回路产生的磁通窜到接收回路中产生的，因此，要尽量减小流过高频电流回路的面积和接收回路的面积。

常见EMI抑制方式
目前对于EMI的常见抑制方式包括屏蔽法（Shielding）、扩展频谱法（Spread Spectrum）、使用滤波器（Filter）等，以及透过整合接地、布线、搭接等层面来防治。

电磁屏蔽法大部份是用来屏蔽300MHz以上的电磁噪声，此外，运用遮蔽复合材料也是常见的手法，例如手机就常见以真空电镀方式，在塑料壳内部布满一层如镍之类的屏蔽材质，藉此隔绝电磁波发散。

扩展频谱法则是用来将时钟（Clock）的信号展频，使其峰值（Peak）信号波形振幅减低来降低信号的峰值位准，目前有些BIOS已提供内建的扩频功能，可让用户自行设定。余晓锜指出，使用扩频法需要在信号失真度和EMI减弱程度之间取得平衡，一般是取1％～1.5％，若超过3％通常就会让信号过于失真而不可行。

滤波器或滤波回路的使用因为成本低廉且SMD（表面黏着）制程的加工需求，所以最为一般设计工程师采用。滤波器的使用机会和模式根据不同防治需求来决定，例如大电流的Bead可用在电源电路的路径（Power Trace）上；一般的Bead可用来抑制某特定频率的噪声信号；CMF则用来抑制USB、1394、LVDS等差模线路的噪声幅射问题。

不过，对于EMI的抑制有诸多解决方式，必须因时因地制宜选择，只要有效就是好的防制方法，并没有哪一种特定方式特别胜出。

幅射传导EMI棘手问题，解决方式归纳出下列几种：
1. 在干扰源加LC滤波回路。
2. 在I/O端加上DeCap by pass to Ground, 把噪声导入大地。
3. 用遮蔽隔离（Shielding）的方式把电磁波包覆在遮蔽罩内。
4. 尽量将PCB的地面积扩张。
5. 产品内部尽量少使用扁平电缆或实体线。
6. 产品内部的实体线尽量做成绞线以抑制噪声幅射，同时在扁平电缆的I/O端加上DeCap。
7. 在差模信号线的始端或末端加上共模滤波器（Common Mode Filter）。
8. 遵循一定的模拟和数字布线原则。

此外，EMI的形成又可分为共模幅射和差模幅射两类。共模幅射包括共地阻抗之共模干扰和电磁场对导线的共模干扰，前者是因噪声产生源与受害电路间共享同一接地电阻所产生的共模干扰，解决方法可藉由实行地的切割来必免共地干扰问题；后者则为高电磁能量所形成的电磁场对设备间之配线所造成的干扰，可藉由遮蔽隔离的因应方法来处理场对线的干扰问题。

至于差模幅射，常见的是导线对导线的差模干扰，干扰途径为某一导线内的干扰噪声感染到其他导线而馈入受害电路，属于近场干扰的一种，可藉由加宽线与线之间的距离来处理此类干扰问题。

改进手机灵敏度的EMC 的四大解决方案
在《改进手机灵敏度的 EMC 解决方案》中村田专家提出：电子产品现在是高性能化发展，这就导致了电子设备里面很复杂的变化。比如说手机，它的IC工作电压越来越低，能量越来越小，智能手机，包括PC，无线电路，会出现一个相关的干扰。第三个就是接口通讯的速度越来越高。第四个是汽车应用中电子控制越来越多。这些都导致我们的电子版变得越来越复杂，也就使得我们的方法变得越来越重要。我们相信这种变化本身在不断变化之后，产生的需求会越来越多。

电子产品市场、安规与测试趋势
“电磁兼容标准其实IEC分基础标准、通用标准和产品标准三大类。基础标准分为发射标准和抗扰度标准。通用标准将环境分为A、B两大类，A类属于工业区，B类就是民用，因此我们应该清楚哪个才是你真正要达到的指标。对于某种产品，如果既没有产品EMC标准，又没有适用的产品类EMC标准，则应采用通用EMC标准。一个产品标准优先采用，然后是产品类标准你去接近考核。对某种产品如果我们没EMC标准又没有适当的产品类标准，就用通用的标准。”全国无线电干扰标准化技术委员会秘书长寿建霞在电路保护与电磁兼容.上海站介绍了最新的国际、国内电磁兼容标准的动态，最近的发展情况和检测行业的情况，涉及到行业协会、国家标准化委员会、试验室认可的所有有关电磁兼容的问题。

在电路保护与电磁兼容.成都站，电子元件技术网还要请到了欧洲EMC技术和标准专家 Dr.Gerd Jeromin重点讲解欧洲无线电和通信设备的EMC挑战、系统解决思路和办法、欧洲标准与检测等EMC技术热点。点击观看：EMC 标准与无线通信设备规划与应用趋势。