科普一下——电磁兼容电路设计三大规律、三个要素

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科普一下——电磁兼容电路设计三大规律、三个要素

/ I! e" ?# L  D7 f( n+ _导读：消费类产品上市周期短，开发周期更短、EMC测试迟迟不通过，认证拿不到证书，令很多工程师“一夜愁白了头发”。本贴为大家分享电磁兼容的三个规律和三要素，会使得EMC问题变的有规可循，坚持电磁兼容的规律使得解决EMC问题省时省力，事半功倍。

- k0 i% q5 f1 O6 L3 |在进行电子设计方案过程中需要工程师在设计之初就进行严格把关!在产品结构方案设计阶段，主要针对产品需要满足EMC法规标准，对产品采用什么屏蔽设计方案、选择什么屏蔽材料，以及材料的厚度提出设计方案，另外对屏蔽体之间的搭接设计，缝隙设计考虑，同时重点考虑接口连接器与结构件的配合。
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一、EMC设计的三大规律
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规律一、EMC费效比关系规律： EMC问题越早考虑、越早解决，费用越小、效果越好。
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在新产品研发阶段就进行EMC设计，比等到产品EMC测试不合格才进行改进，费用可以大大节省，效率可以大大提高;反之，效率就会大大降低，费用就会大大增加。
经验告诉我们，在功能设计的同时进行EMC设计，到样板、样机完成则通过EMC测试，是最省时间和最有经济效益的。相反，产品研发阶段不考虑EMC，投产以后发现EMC不合格才进行改进，非但技术上带来很大难度、而且返工必然带来费用和时间的大大浪费，甚至由于涉及到结构设计、PCB设计的缺陷，无法实施改进措施，导致产品不能上市。
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规律二、高频电流环路面积S越大, EMI辐射越严重。

% P  o- a2 W1 Z- [高频信号电流流经电感最小路径。当频率较高时，一般走线电抗大于电阻，连线对高频信号就是电感，串联电感引起辐射。电磁辐射大多是EUT被测设备上的高频电流环路产生的，最恶劣的情况就是开路之天线形式。对应处理方法就是减少、减短连线，减小高频电流回路面积，尽量消除任何非正常工作需要的天线，如不连续的布线或有天线效应之元器件过长的插脚。
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6 X2 l1 Y& H( J' z" b减少辐射骚扰或提高射频辐射抗干扰能力的最重要任务之一，就是想方设法减小高频电流环路面积S。

规律三、环路电流频率f越高，引起的EMI辐射越严重，电磁辐射场强随电流频率f的平方成正比增大。
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减少辐射骚扰或提高射频辐射抗干扰能力的最重要途径之二，就是想方设法减小骚扰源高频电流频率f，即减小骚扰电磁波的频率f。

8 V' k0 m+ ^; K5 x+ Z5 z) ^1 y二、EMC问题三要素
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/ I0 w6 H3 P  ^" R4 N7 s$ _1 @开关电源及数字设备由于脉冲电流和电压具有很丰富的高频谐波，因此会产生很强的辐射。电磁干扰包括辐射型(高频) EMI、传导型(低频)EMI，即产生EMC问题主要通过两个途径:一个是空间电磁波干扰的形式;另一个是通过传导的形式，换句话说，产生EMC问题的三个要素是：电磁干扰源、耦合途径、敏感设备。辐射干扰主要通过壳体和连接线以电磁波形式污染空间电磁环境；传导干扰是通过电源线骚扰公共电网或通过其他端子（如：射频端子，输入端子）影响相连接的设备。
                          传导、辐射
3 f1 l* V# @7 n: k  l9 d    骚扰源--------------------（途径）-------------------- 敏感受体
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例如 IT、AV设备，可能的骚扰源有：

, q/ x; X  m& {+ l9 J& j1） FM接收机、TV接收机本机振荡，基波及谐波由高频头、本机振荡电路产生；
2） 开关电源的开关脉冲及高次谐波，同步信号方波及高频谐波，行扫描显像电路产生的行、场信号及高频谐波；
3） 数字电路工作需要的各种时钟信号及高频谐波、以及它们的组合，各种时钟如CPU芯片工作时钟、MPEG解码器工作时钟、视频同步时钟（27MHz，16.9344MHz ,40.5MHz）等；
" S( K5 O; u% Q8 L* i$ b6 o4） 数字信号方波及高频谐波，晶振产生的高次谐波，非线性电路现象（非线性失真、互调、饱和失真、截止失真）等引起的无用信号、杂散信号；
5） 非正弦波波形，波形毛剌、过冲、振铃，电路设计存在的寄生频率点。
4 u. c" K# |) g" h6） 对于敏感受体通过耦合途径接受的外部骚扰包括浪涌、快速脉冲群、静电、电压跌落、电压变化和各种电磁场。
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* _. ?' s, q7 h$ l/ m0 j! S! D- f电磁骚扰的特性：
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1. 单位脉冲的频谱最宽；
; U1 C# J2 w' z8 P2 l. M2. 频谱中低频含量取决于脉冲的面积，高频分量取决于脉冲前后沿的陡度；
/ B) ^3 P& T; B# B; C; o3. 晶体振荡电平必须满足一定幅度, 数字电路才能按一定的时序工作，使晶振产生的骚扰呈现覆盖带宽、骚扰电平高的特点；
4. 收发天线极化、方向特性相同时，EMI辐射和接受最严重；收发天线面积越大, EMI危害逾大；
5. 骚扰途径：辐射，传导，耦合和辐射、传导、耦合的组合。
6. 电源线传导骚扰主要由共模电流产生；
' |2 k) ]! L- `/ y! o4 G7. 辐射骚扰主要由差模电流形成的环路产生。
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