EMC/EMI綜合解決方案與設(shè)計經(jīng)驗分享

隨著電氣電子技術(shù)的發(fā)展，家用電器產(chǎn)品日益普及和電子化，廣播電視、郵電通訊和計算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)的日益發(fā)達(dá)，電磁環(huán)境日益復(fù)雜和惡化，使我們逐漸關(guān)注設(shè)備的工作環(huán)境，日益關(guān)注電磁環(huán)境對電子設(shè)備的影響，電氣電子產(chǎn)品的電磁干擾(EMI)和電磁兼容性(EMC)的問題越來越受到工程師和生產(chǎn)企業(yè)的重視。電子元件技術(shù)網(wǎng)為幫助廣大工程師朋友解決在產(chǎn)品設(shè)計和應(yīng)用中遇到的EMC/EMI問題，已成功舉辦了七屆電磁兼容技術(shù)研討會，邀請在EMC/EMI領(lǐng)域的專家講解其市場、技術(shù)趨勢和前沿應(yīng)用，更有現(xiàn)場提問環(huán)節(jié)，與專家討論實際設(shè)計中遇到的EMC/EMI設(shè)計難題以及ESD防護(hù)。本期半月談將以往EMC/EMI研討會的技術(shù)精華進(jìn)行了匯總。

在4月8日于深圳會展中心舉行的第七屆電路保護(hù)和電磁兼容研討會上，多家國內(nèi)外領(lǐng)先的廠商發(fā)表了針對EMC/EMI的解決方案，下面是各位專家演講內(nèi)容實錄和演講資料的下載地址： 
蘇州泰思特電子科技有限公司總工程師 趙陽博士：《電磁兼容問題綜合解決方案》（點擊下載演講PPT）
著名專家，社區(qū)好老師陶顯芳：《設(shè)計工程師 EMC 經(jīng)驗分享 》（點擊下載演講PPT）
村田(中國)投資有限公司高級產(chǎn)品工程師范為?。骸陡倪M(jìn)手機(jī)靈敏度的 EMC 解決方案》（點擊下載演講PPT）
 
靜電防護(hù)（ESD）找到被保護(hù)對象很重要

“在設(shè)計電磁防護(hù)電路中，工程師要清楚的知道在系統(tǒng)里要保護(hù)什么？找到被保護(hù)的對象很重要，如何在10000個器件中找到哪些是核心的，哪些是容易受干擾的？當(dāng)找到了被保護(hù)的電路，就要開始進(jìn)行靜電分析，是哪種靜電讓它失效的？是什么原因？分析完種種原因后就要進(jìn)行靜電防護(hù)措施，選用對應(yīng)的器件。” 趙陽博士在電磁兼容問題綜合解決方案中提到。

 

傳導(dǎo)性ESD防護(hù)：對靜電電流在電路中防護(hù)主要使用一些保護(hù)器件，在敏感器件前端構(gòu)成保護(hù)電路，引導(dǎo)或耗散電流。此類保護(hù)器件有：陶瓷電容，壓敏電阻，TVS管等。
 

輻射性ESD防護(hù)：對于靜電產(chǎn)生的場對敏感電路產(chǎn)生影響，防護(hù)方法主要是盡量減少場的產(chǎn)生和能量，通過結(jié)構(gòu)的改善增加防護(hù)能力，對敏感線路實施保護(hù)。對場的保護(hù)通常比較困難，在改良實踐中探索出了一種叫做等位體的方法。通過有效地架接，是殼體形成電位相同體，抑制放電。事實證明此種方式有效易于實施。
 

防護(hù)靜電的一般方法（前三條是針對直接放電，后兩條是針對關(guān)聯(lián)場的耦合）

 

社區(qū)好老師陶顯芳老師認(rèn)為：一個好的電子產(chǎn)品，除了產(chǎn)品自身的功能以外，電路設(shè)計（ECD）和電磁兼容設(shè)計（EMCD）的技術(shù)水平，對產(chǎn)品的質(zhì)量和技術(shù)性能指標(biāo)起到非常關(guān)鍵的作用。很多人從事電子線路設(shè)計的時候，都是從認(rèn)識電子元器件開始，但從事電磁兼容設(shè)計的時候卻無從下手。實際上從事電磁兼容設(shè)計是從電磁場理論開始，即從電磁感應(yīng)認(rèn)識開始…

 

試想一下，多個電子設(shè)備在同一空間工作時，在其周圍會產(chǎn)生一定強度的電磁場，在場或者人為的作用下，各種干擾會通過傳導(dǎo)、輻射等途徑對設(shè)備進(jìn)行干擾，使得系統(tǒng)變得不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象——罪魁禍?zhǔn)资请姶鸥蓴_。

 

電磁干擾普遍存在于電子產(chǎn)品，不僅是設(shè)備之間的相互影響，同時也存在于元件與元件之間，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間，其主要的兩種途徑為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾，而傳導(dǎo)干擾又細(xì)分為共模干擾差模干擾。引起干擾的原因種類復(fù)雜，其核心為靜電放電干擾。如何確保系統(tǒng)的穩(wěn)定工作而不受外界影響？下面是電子元件技術(shù)網(wǎng)為你整理的“三步走”法則，為徹底解決靜電放電干擾提供必要的寶典，以提高設(shè)計效率。

 

1、一個是屏蔽，另一個是減小各個電流回路的面積（磁場干擾），和帶電導(dǎo)體的面積及長度（電場干擾）。

2、當(dāng)載流體的長度正好等于干擾信號四分之一波長的整數(shù)倍的時候，干擾信號會在電路中產(chǎn)生諧振，這時輻射干擾最強，這種情況應(yīng)盡量避免。

3、磁場輻射干擾主要是流過高頻電流回路產(chǎn)生的磁通竄到接收回路中產(chǎn)生的，因此，要盡量減小流過高頻電流回路的面積和接收回路的面積。

 

目前對于EMI的常見抑制方式包括屏蔽法（Shielding）、擴(kuò)展頻譜法（Spread Spectrum）、使用濾波器（Filter）等，以及透過整合接地、布線、搭接等層面來防治。

 

電磁屏蔽法大部份是用來屏蔽300MHz以上的電磁噪聲，此外，運用遮蔽復(fù)合材料也是常見的手法，例如手機(jī)就常見以真空電鍍方式，在塑料殼內(nèi)部布滿一層如鎳之類的屏蔽材質(zhì)，藉此隔絕電磁波發(fā)散。

 

擴(kuò)展頻譜法則是用來將時鐘（Clock）的信號展頻，使其峰值（Peak）信號波形振幅減低來降低信號的峰值位準(zhǔn)，目前有些BIOS已提供內(nèi)建的擴(kuò)頻功能，可讓用戶自行設(shè)定。余曉锜指出，使用擴(kuò)頻法需要在信號失真度和EMI減弱程度之間取得平衡，一般是取1％～1.5％，若超過3％通常就會讓信號過于失真而不可行。

 

濾波器或濾波回路的使用因為成本低廉且SMD（表面黏著）制程的加工需求，所以最為一般設(shè)計工程師采用。濾波器的使用機(jī)會和模式根據(jù)不同防治需求來決定，例如大電流的Bead可用在電源電路的路徑（Power Trace）上；一般的Bead可用來抑制某特定頻率的噪聲信號；CMF則用來抑制USB、1394、LVDS等差模線路的噪聲幅射問題。

 

不過，對于EMI的抑制有諸多解決方式，必須因時因地制宜選擇，只要有效就是好的防制方法，并沒有哪一種特定方式特別勝出。

 

1. 在干擾源加LC濾波回路。

2. 在I/O端加上DeCap by pass to Ground, 把噪聲導(dǎo)入大地。

3. 用遮蔽隔離（Shielding）的方式把電磁波包覆在遮蔽罩內(nèi)。

4. 盡量將PCB的地面積擴(kuò)張。

5. 產(chǎn)品內(nèi)部盡量少使用扁平電纜或?qū)嶓w線。

6. 產(chǎn)品內(nèi)部的實體線盡量做成絞線以抑制噪聲幅射，同時在扁平電纜的I/O端加上DeCap。

7. 在差模信號線的始端或末端加上共模濾波器（Common Mode Filter）。

8. 遵循一定的模擬和數(shù)字布線原則。

 

此外，EMI的形成又可分為共模幅射和差模幅射兩類。共模幅射包括共地阻抗之共模干擾和電磁場對導(dǎo)線的共模干擾，前者是因噪聲產(chǎn)生源與受害電路間共享同一接地電阻所產(chǎn)生的共模干擾，解決方法可藉由實行地的切割來必免共地干擾問題；后者則為高電磁能量所形成的電磁場對設(shè)備間之配線所造成的干擾，可藉由遮蔽隔離的因應(yīng)方法來處理場對線的干擾問題。

 

至于差模幅射，常見的是導(dǎo)線對導(dǎo)線的差模干擾，干擾途徑為某一導(dǎo)線內(nèi)的干擾噪聲感染到其他導(dǎo)線而饋入受害電路，屬于近場干擾的一種，可藉由加寬線與線之間的距離來處理此類干擾問題。

 “電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)其實IEC分基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、通用標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)三大類?；A(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)分為發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)和抗擾度標(biāo)準(zhǔn)。通用標(biāo)準(zhǔn)將環(huán)境分為A、B兩大類，A類屬于工業(yè)區(qū)，B類就是民用，因此我們應(yīng)該清楚哪個才是你真正要達(dá)到的指標(biāo)。對于某種產(chǎn)品，如果既沒有產(chǎn)品EMC標(biāo)準(zhǔn)，又沒有適用的產(chǎn)品類EMC標(biāo)準(zhǔn)，則應(yīng)采用通用EMC標(biāo)準(zhǔn)。一個產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)先采用，然后是產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)你去接近考核。對某種產(chǎn)品如果我們沒EMC標(biāo)準(zhǔn)又沒有適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)，就用通用的標(biāo)準(zhǔn)。”全國無線電干擾標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會秘書長 壽建霞在電路保護(hù)與電磁兼容.上海站介紹了最新的國際、國內(nèi)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的動態(tài)，最近的發(fā)展情況和檢測行業(yè)的情況，涉及到行業(yè)協(xié)會、國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會、試驗室認(rèn)可的所有有關(guān)電磁兼容的問題。

在電路保護(hù)與電磁兼容.成都站，電子元件技術(shù)網(wǎng)還要請到了歐洲EMC技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)專家 Dr.Gerd Jeromin重點講解歐洲無線電和通信設(shè)備的EMC挑戰(zhàn)、系統(tǒng)解決思路和辦法、歐洲標(biāo)準(zhǔn)與檢測等EMC技術(shù)熱點。點擊觀看：EMC 標(biāo)準(zhǔn)與無線通信設(shè)備規(guī)劃與應(yīng)用趨勢。