EMC設(shè)計(jì)的有關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)。你知道嗎？

什么是EMC設(shè)計(jì)?你知道嗎?EMC俗稱電磁兼容，其定義是對(duì)電子產(chǎn)品在電磁場(chǎng)方面干擾大小(EMI)和抗干擾能力(EMS)的綜合評(píng)定，是產(chǎn)品質(zhì)量最重要的指標(biāo)之一，電磁兼容的測(cè)量由測(cè)試場(chǎng)地和測(cè)試儀器組成。電磁兼容是研究在有限的空間、時(shí)間、頻譜資源條件下，各種用電設(shè)備可以共存，并不致引起降級(jí)的一門學(xué)科。它包括電磁干擾和電磁敏感度兩部分，電磁干擾測(cè)試是測(cè)量被測(cè)設(shè)備在正常工作狀態(tài)下產(chǎn)生并向外發(fā)射的電磁波信號(hào)的大小來反應(yīng)對(duì)周圍電子設(shè)備干擾的強(qiáng)弱。電磁敏感度測(cè)試是測(cè)量被測(cè)設(shè)備對(duì)電磁騷擾的抗干擾的能力強(qiáng)弱

何為是EMC設(shè)計(jì)?

首先，EMC設(shè)計(jì)審核并不是一個(gè)完整的評(píng)論，相反，它側(cè)重于特定的EMC問題，它沒有解決其他問題，如可靠性，熱量，功率，重量等，最好留給更正式的評(píng)論。

根據(jù)產(chǎn)品的不同，EMC設(shè)計(jì)審查可以解決電路板問題，機(jī)械問題或系統(tǒng)級(jí)問題。同時(shí)，它還涉及需求(法規(guī)和/或威脅)，約束(成本，數(shù)量等)和設(shè)計(jì)策略。

什么是EMC設(shè)計(jì)審核的最佳時(shí)間?

對(duì)于大多數(shù)項(xiàng)目，EMC設(shè)計(jì)審查的理想時(shí)間是在最初的電氣和機(jī)械設(shè)計(jì)階段，對(duì)于電路板，很好的時(shí)間是電路板布局完成，第一件藝術(shù)品準(zhǔn)備就緒，在這個(gè)階段，設(shè)計(jì)通常足夠堅(jiān)實(shí)，可以提出建議，但流動(dòng)性足以做出改變。

在某些情況下，您可能希望在早期概念階段考慮EMC問題，在處理包裝問題(例如布線和屏蔽)時(shí)，這尤其有用，在考慮連接器布局或總線或I/O設(shè)計(jì)時(shí)，這可以擴(kuò)展到電路板。

大多數(shù)EMC審核可在一天或更短時(shí)間內(nèi)完成，對(duì)于簡(jiǎn)單的系統(tǒng)或單個(gè)電路板，即使幾個(gè)小時(shí)也可能就足夠了，但是不要自己做這一切，多和同事一起討論這些問題，通常向其他人解釋設(shè)計(jì)的方法能跟快解決問題。

在進(jìn)入設(shè)計(jì)評(píng)估之前，必須完成四項(xiàng)初步任務(wù)，如下所示：

1.識(shí)別和評(píng)估EMC威脅-典型威脅包括來自附近發(fā)射器的射頻(RF)能量，來自人或其他來源的靜電放電(ESD)，電源干擾以及傳導(dǎo)/輻射發(fā)射(可能對(duì)其他電子設(shè)備產(chǎn)生不利影響)。

這些通常被指定為測(cè)試要求，但您可能需要根據(jù)實(shí)際預(yù)期環(huán)境對(duì)其進(jìn)行修改，例如，在對(duì)醫(yī)療器械的一次審查中，我們?cè)儐査欠駥⒂糜陉懙睾涂罩芯茸o(hù)車。如果答案是肯定的，原來的辦公室/家庭要求被認(rèn)為是不合適的。

順便提一下，該制造商最終開發(fā)了兩個(gè)產(chǎn)品系列，救護(hù)車產(chǎn)品的硬化程度高于家庭/辦公室產(chǎn)品，并以高價(jià)出售。什么可能導(dǎo)致一些棘手的EMC問題產(chǎn)生額外的利潤(rùn)，同時(shí)搶先解決意外的客戶問題(良好工程的一個(gè)例子!)。

2.確定影響或受這些威脅影響的關(guān)鍵電路或組件-數(shù)字電路(特別是復(fù)位和控制電路)非常容易受到尖峰和瞬變的影響，而模擬電路非常容易受到RF影響。數(shù)字時(shí)鐘(和其他高度重復(fù)的信號(hào)源)是豐富的輻射發(fā)射源。電源電路易受電源干擾，也可能導(dǎo)致傳導(dǎo)發(fā)射。

3.確定可能影響EMC設(shè)計(jì)決策的其他設(shè)計(jì)約束-包括成本，數(shù)量，重量，空間和不合規(guī)成本(CONC)，順便提一下，在成本非常敏感的情況下，我們經(jīng)常提倡設(shè)計(jì)就地固定器(例如電容器的焊盤)，以后可以根據(jù)需要使用EMC組件進(jìn)行填充。不要忽視后者-作為工程師，我們總是需要一個(gè)后備計(jì)劃。

4.確定適當(dāng)?shù)腅MC設(shè)計(jì)功能-這就是設(shè)計(jì)樂趣的開始。電路板是一個(gè)理想的起點(diǎn)。畢竟，所有電磁干擾EMC問題最終都會(huì)在電路中開始和結(jié)束。當(dāng)然，如果您不設(shè)計(jì)電路板，您將在系統(tǒng)級(jí)別工作。這可能包括機(jī)械問題(屏蔽)以及電纜，連接器，電源和接地。許多(但不是全部)防御項(xiàng)目屬于后一類。

以下是檢查電路板的十個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

1.時(shí)鐘電路-這些是高頻輻射發(fā)射的主要來源，另外，檢查任何高度重復(fù)的類似時(shí)鐘的電路。一些存儲(chǔ)器控制和總線控制信號(hào)屬于這一類。

設(shè)計(jì)建議包括：

a、Vcc的高頻去耦(串聯(lián)鐵氧體提供更多保護(hù))

b、時(shí)鐘輸出串聯(lián)電阻(典型值10-33歐姆)

c、位于振蕩器附近的晶體或諧振器

2.復(fù)位/中斷/控制電路-瑞典非常容易受到ESD，EFT和瞬態(tài)的影響，中斷和控制(讀/寫)也很容易受到攻擊。機(jī)械開關(guān)的外部復(fù)位線非常脆弱。

設(shè)計(jì)建議包括：

a、復(fù)位Vcc，參考和輸出的高頻去耦，走線長(zhǎng)度超過兩英寸走線長(zhǎng)度，考慮使用串聯(lián)鐵氧體進(jìn)行額外保護(hù)。

b、易受攻擊的中斷/控制電路所需的類似修復(fù)

3.模擬電路-非常容易受到RF能量的影響。此外，寄生振蕩可能導(dǎo)致不必要的輻射發(fā)射。

設(shè)計(jì)建議包括：

a、Vcc的高頻去耦

b、電路輸入和輸出的高頻濾波(典型值為1000pF)

c、所有模擬傳感器都有類似保護(hù)

4.電壓調(diào)節(jié)器-像模擬電路一樣，它們也容易受到RF的影響，由于元件帶寬增加，寄生振蕩現(xiàn)在在VHF/UHF頻率范圍內(nèi)很常見。

設(shè)計(jì)建議包括：

a、Vcc的高頻去耦

b、輸入和輸出引腳直接高頻去耦至芯片中性引腳(典型值為1000pF)。強(qiáng)烈建議防止那些討厭的寄生振蕩。

5.射頻發(fā)射器和接收器-這些電路帶來了一系列全新的潛在EMC問題，板載接收器可能被數(shù)字諧波干擾或消失(GPS接收器極易受到攻擊)，板載發(fā)射器可能會(huì)堵塞附近的模擬電路。多個(gè)無線電可能導(dǎo)致互調(diào)和交叉調(diào)制問題。

設(shè)計(jì)建議包括：

a、保護(hù)接收器輸入(可能需要特殊設(shè)計(jì))。

b、RF模塊的內(nèi)部屏蔽

c、時(shí)鐘管理(避免接收器輸入上的諧波)。

d、檢查天線位置和電纜布線。

e、DSP或其他軟件技術(shù)也可能是必要的。

6.電路板疊加-良好的電路板結(jié)構(gòu)對(duì)于良好的EMI控制至關(guān)重要，幸運(yùn)的是，大多數(shù)修復(fù)都是免費(fèi)的。

設(shè)計(jì)建議包括：

a、將每個(gè)信號(hào)層保持在相鄰平面旁邊。

b、保持相應(yīng)的電源/接地層相鄰。

c、保持對(duì)稱疊加。

d、考慮外埋地層。

7.分裂平面-交叉切口和不匹配的平面可以嚴(yán)重抵消板上最好的EMI控制，修復(fù)這些問題后，我們已經(jīng)看到了10倍的改進(jìn)(20分貝)，因此，首先要防止它們符合您的最佳利益。

設(shè)計(jì)建議包括：

a、檢查高速走線，并在相鄰平面的切口上進(jìn)行“上下”布線。

b、請(qǐng)注意，如果高頻能量潛入這些跡線，切割過程中的低速跡線也會(huì)導(dǎo)致問題。

c、始終將電源/接地層對(duì)齊為鏡像。

8.平面規(guī)劃和布線-組件的隨機(jī)放置和隨機(jī)跟蹤路由可能導(dǎo)致EMC問題，有機(jī)會(huì)，自動(dòng)路由器經(jīng)常路由以最大化EMI(Murphy定律的變化)。

設(shè)計(jì)建議包括：

a、根據(jù)頻率分離組件，將數(shù)字，音頻，電源和RF電路組合在一起，而不是將它們?nèi)考性谝黄?。也分開了痕跡。

b、注意關(guān)鍵跡線(時(shí)鐘，復(fù)位，控制線)的布線。

c、避免將關(guān)鍵電路放置在I/O端口附近。

d、考慮手動(dòng)布線關(guān)鍵走線以實(shí)現(xiàn)更好的EMC控制。

9.保護(hù)外圍設(shè)備-由于電源和I/O連接到外部世界，因此需要特別注意。這從板級(jí)開始，也可以在系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用。

設(shè)計(jì)建議包括：

a、根據(jù)需要過濾和瞬態(tài)保護(hù)。至少，在所有電源輸入端放置0.01uF電容。

b、注意外部I/O線路上的ESD保護(hù)。

10.接地-需要在電路板和系統(tǒng)級(jí)別解決的另一個(gè)問題，這可能是另一篇文章的主題，甚至是一本書。但是在董事會(huì)層面上有很多事情需要檢查。

設(shè)計(jì)建議包括：

a、考慮數(shù)字，模擬和電源的單獨(dú)接地路徑。

b、多點(diǎn)接地連接是高速數(shù)字(和RF)電路的首選。

c、對(duì)于低電平/低頻模擬電路，單點(diǎn)接地連接是首選。

d、混合接地(電容器和電感器)可用于混合技術(shù)。

e、請(qǐng)注意，額外的接地限制可能適用于惡劣環(huán)境，切勿違反安全接地以解決EMC問題。

系統(tǒng)級(jí)評(píng)審

在這個(gè)層面上，我們經(jīng)常從外到內(nèi)工作，專注于機(jī)械結(jié)構(gòu)，接口(電源和信號(hào))和系統(tǒng)接地，其中大部分假設(shè)屏蔽外殼，對(duì)于非屏蔽設(shè)備，必須在板級(jí)實(shí)現(xiàn)EMC設(shè)計(jì)目標(biāo)。

1.機(jī)械-在這個(gè)級(jí)別，我們對(duì)EMC屏蔽性能感興趣，因此，我們看看材料，機(jī)械接頭(接縫/覆蓋/通風(fēng))和不連續(xù)性(穿透和開口)。

設(shè)計(jì)建議包括：

a、檢查材料，薄導(dǎo)電涂層(包括箔，涂料和電鍍)對(duì)高頻有效，但通常不適合工頻磁場(chǎng)。在后者中，可能需要可滲透材料(鋼或mu-金屬)。

b、檢查不連續(xù)性。超過兩英寸的任何接縫對(duì)于高于300MHz的ESD或RF是有問題的。在1GHz，即使是1/2英寸也可能相當(dāng)漏水。您可能需要用導(dǎo)電墊圈填充接縫。有關(guān)電纜穿透的信息，請(qǐng)參閱下一段。

2.接口-在這個(gè)級(jí)別，我們檢查信號(hào)和功率及其連接。這包括內(nèi)部電纜布局和布線。

設(shè)計(jì)建議包括：

a、對(duì)于信號(hào)接口，請(qǐng)使用隔板連接器作為屏蔽電纜。過濾后的連接器甚至更好。沒有洞。將電纜穿過外殼中的孔可以完全破壞高頻下的EMC屏蔽。我們已經(jīng)看到它發(fā)生了太多次。

b、對(duì)于電源接口，隔板過濾器在穿透點(diǎn)處是優(yōu)選的。如果使用內(nèi)部模塊化過濾器，則必須盡可能靠近穿透點(diǎn)放置。

c、外部電纜-如果可能，檢查配套電纜。連接器是關(guān)注的關(guān)鍵領(lǐng)域。電纜與連接器的完全圓周結(jié)合是優(yōu)選的。如果它泄漏出外部電纜或連接器，那么您在盒子級(jí)別的所有努力都是徒勞的。

3.系統(tǒng)接地-大多數(shù)EMC接地問題都在電路級(jí)的包裝盒內(nèi)解決，這里主要關(guān)注的是不違反系統(tǒng)接地方法，特別是安全接地。以上就是EMC設(shè)計(jì)解析，希望能給大家?guī)椭?