从电磁感应认识开始电磁兼容设计

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从电磁感应认识开始电磁兼容设计

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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“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
% T: _. d# D* W    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。
9 a$ W8 b2 o! W' J# x+ ^" U1 [/ C3 |    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。
  K) t( W% v, m2 |1 Y( i/ {' p    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：
( g! d+ ]/ M9 r8 y# O+ |: Z. |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。
7 N: I" R8 C  x6 W1 @, z7 B5. 产品内部尽量少使用扁平电缆或实体线。
8 e$ g, s$ H; H! l6. 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。
: d: O" J+ c/ W6 y. c) q7. 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。

helendcany

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