EMC電磁兼容設(shè)計(jì)19個(gè)必看的知識(shí)點(diǎn)

隨著科技的飛速發(fā)展，電磁環(huán)境日益復(fù)雜，隨之而來的電磁干擾問題日益嚴(yán)峻，成為了電子設(shè)備設(shè)計(jì)中不可忽視的挑戰(zhàn)。在如此惡劣的電磁環(huán)境背景下，設(shè)備間的電磁干擾不僅會(huì)導(dǎo)致性能下滑，甚至威脅信息安全，因此，確保電子設(shè)備能在復(fù)雜電磁環(huán)境中既能避免干擾他人，又能免受干擾正常運(yùn)作，便顯得至關(guān)重要。這就要求從設(shè)計(jì)的初步階段就必須融入電磁兼容性考慮，從結(jié)構(gòu)到技術(shù)，全方位打造電磁兼容的設(shè)計(jì)理念。

1、為什么要對(duì)產(chǎn)品做電磁兼容設(shè)計(jì)？

滿足產(chǎn)品功能要求、減少調(diào)試時(shí)間，使產(chǎn)品滿足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的要求，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)中的其它設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。

2、對(duì)產(chǎn)品做電磁兼容設(shè)計(jì)可以從哪幾個(gè)方面進(jìn)行？

電路設(shè)計(jì)（包括器件選擇）、軟件設(shè)計(jì)、線路板設(shè)計(jì)、屏蔽結(jié)構(gòu)、信號(hào)線/電源線濾波、電路的接地方式設(shè)計(jì)。3、在電磁兼容領(lǐng)域，為什么總是用分貝（dB）的單位描述？

因?yàn)橐枋龅姆群皖l率范圍都很寬，在圖形上用對(duì)數(shù)坐標(biāo)更容易表示，而dB 就是用對(duì)數(shù)表示時(shí)的單位。

4、EMC基礎(chǔ)知識(shí)從哪里學(xué)起？

關(guān)于EMC需要首先了解一下EMC方面的標(biāo)準(zhǔn)，如GBT17626系列，GBT9254,GB4824等，以及簡(jiǎn)單測(cè)試原理，另外需要了解EMI元器件的使用，如電容，磁珠，差模電感，共模電感等，在PCB層面需要了解PCB的布局、層疊結(jié)構(gòu)、高速布線對(duì)EMC的影響以及一些規(guī)則。還有一點(diǎn)就是對(duì)出現(xiàn)EMC問題需要掌握一些分析與解決思路。這些今后是作為一個(gè)硬件人員必須掌握的基本知識(shí)！

5、電磁兼容設(shè)計(jì)基本原則

在大多數(shù)情況下，電路的基本元件滿足電磁特性的程度將決定著功能單元和最后設(shè)備滿足電磁兼容性的程度。選擇合適的電磁元件的主要準(zhǔn)則包括帶外特性和電路裝配技術(shù)。因?yàn)槭欠衲軐?shí)現(xiàn)電磁兼容性，往往是由遠(yuǎn)離基頻的元件響應(yīng)特性來決定的。而在許多情況下，電路裝配又決定著帶外響應(yīng)（例如引線長(zhǎng)度）和不同電路元件之間互相耦合的程度。

具體規(guī)則是：

⑴在高頻時(shí)，和引線型電容器相比，應(yīng)優(yōu)先進(jìn)用引線電感小的穿心電容器或支座電容器來濾波。

⑵在必須使用引線式電容時(shí)，應(yīng)考慮引線電感對(duì)濾波效率的影響。

⑶鋁電解電容器可能發(fā)生幾微秒的暫時(shí)性介質(zhì)擊穿，因而在紋波很大或有瞬變電壓的電路里，應(yīng)該使用固體電容器。

⑷使用寄生電感和電容量小的電阻器。片狀電阻器可用于超高頻段。

⑸大電感寄生電容大，為了提高低頻部分的插損，不要使用單節(jié)濾波器，而應(yīng)該使用若干小電感組成的多節(jié)濾波器。

⑹使用磁芯電感要注意飽和特性，特別要注意高電平脈沖會(huì)降低磁芯電感的電感量和在濾波器電路中的插損。

⑺盡量使用屏蔽的繼電器并使屏蔽殼體接地。

⑻選用有效地屏蔽、隔離的輸入變壓器。

⑼用于敏感電路的電源變壓器應(yīng)該有靜電屏蔽，屏蔽殼體和變壓器殼體都應(yīng)接地。

⑽設(shè)備內(nèi)部的互連信號(hào)線必須使用屏蔽線，以防它們之間的騷擾耦合。

⑾為使每個(gè)屏蔽體都與各自的插針相連，應(yīng)選用插針足夠多的插頭座。

6、方波脈沖驅(qū)動(dòng)電感傳感器的問題

1）信號(hào)測(cè)試過程中，盡量在屏蔽環(huán)境下進(jìn)行，如果不便的話，至少要屏蔽傳感器和前級(jí)。

2 )測(cè)試過程中盡量使用差分探頭，或至少要盡可能減短探頭的接地線長(zhǎng)度。這樣能減少測(cè)試誤差。

3）你的電路實(shí)際工作頻率并不太高，可以通過布線減少振鈴。為了噪聲特性更好，應(yīng)當(dāng)考慮共模信號(hào)的抑制問題，必要時(shí)插入共扼電抗器，同時(shí)注意整個(gè)工作環(huán)境中的開關(guān)電源噪聲，以及避免電源耦合。

4）如果傳感器允許，可以使用電流放大模式，這有利于提高速度，降低噪聲。模擬開關(guān)盡量放到前置放大器之后，盡管多了一路前放，但性能提高不少，而且降低調(diào)試難度。

5）如果十分介意波形，考慮額外的頻率補(bǔ)償。如果僅僅是數(shù)字檢測(cè)，則應(yīng)當(dāng)降低工作頻率?？偠灾?，能低頻則低頻，能隔直則隔直。

6）注意AD轉(zhuǎn)換前的抗混疊濾波，以及軟件濾波，提高數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。

7、是否可用阻抗邊界（Impedance）方式設(shè)定？或者用類似的分層阻抗 RLC阻?又或者使用designer設(shè)計(jì)電路和hfss協(xié)同作業(yè)？

集中電阻可以用RLC邊界實(shí)現(xiàn)；如果是薄膜電阻，可以用面阻抗或阻抗編輯實(shí)現(xiàn)。

8、我現(xiàn)在在對(duì)外殼有一圈金屬裝飾件的機(jī)器做靜電測(cè)試，測(cè)試中遇到：接觸放電4k時(shí)32k晶振沒問題，空氣放電8k停振的問題，如何處理？

有金屬的話，空氣放電和接觸放電效果差不多，建議你在金屬支架上噴絕緣漆試試。

9、PCB設(shè)計(jì)中差分信號(hào)線中間可否加地線？

差分信號(hào)中間一般是不能加地線。因?yàn)椴罘中盘?hào)的應(yīng)用原理最重要的一點(diǎn)便是利用差分信號(hào)間相互耦合(coupling)所帶來的好處，如flux cancellation，抗噪聲(noise immunity)能力等。若在中間加地線，便會(huì)破壞耦合效應(yīng)。

10、適當(dāng)選擇PCB與外殼接地的點(diǎn)的原則是什么？

選擇PCB與外殼接地點(diǎn)選擇的原則是利用chassis ground提供低阻抗的路徑給回流電流(returning current)及控制此回流電流的路徑。例如，通常在高頻器件或時(shí)鐘產(chǎn)生器附近可以借固定用的螺絲將PCB的地層與chassis ground做連接，以盡量縮小整個(gè)電流回路面積，也就減少電磁輻射。

11、PCB設(shè)計(jì)時(shí)，怎樣通過安排迭層來減少EMI問題？

首先，EMI要從系統(tǒng)考慮，單憑PCB無法解決問題。層疊對(duì)EMI來講，我認(rèn)為主要是提供信號(hào)最短回流路徑，減小耦合面積，抑制差模干擾。另外地層與電源層緊耦合，適當(dāng)比電源層外延，對(duì)抑制共模干擾有好處。

12、請(qǐng)問怎樣才能去除IC中的電磁干擾?

IC受到的電磁干擾，主要是來自靜電（ESD）。解決IC免受ESD干擾，一方面在布板時(shí)候要考慮ESD（以及EMI）的問題，另一方面要考慮增加器件進(jìn)行ESD保護(hù)。目前有兩種器件 ：壓敏電阻（Varistor）和瞬態(tài)電壓抑制器TVS（Transient Voltage Suppressor）。前者由氧化鋅構(gòu)成，響應(yīng)速度相對(duì)慢，電壓抑制相對(duì)差，而且每受一次ESD沖擊，就會(huì)老化， 直到失效。而TVS是半導(dǎo)體制成，響應(yīng)速度快，電壓抑制好，可以無限次使用。從成本角度看，壓敏電阻成本要比TVS低。

13、PCB設(shè)計(jì)中如何解決高速布線與EMI的沖突？

因EMI所加的電阻電容或ferrite bead， 不能造成信號(hào)的一些電氣特性不符合規(guī)范。 所以， 最好先用安排走線和PCB疊層的技巧來解決或減少EMI的問題， 如高速信號(hào)走內(nèi)層。 最后才用電阻電容或ferrite bead的方式， 以降低對(duì)信號(hào)的傷害。

14、PCB設(shè)計(jì)中如何盡可能的達(dá)到EMC要求，又不致造成太大的成本壓力？

PCB板上會(huì)因EMC而增加的成本通常是因增加地層數(shù)目以增強(qiáng)屏蔽效應(yīng)及增加了ferrite bead、choke等抑制高頻諧波器件的緣故。除此之外，通常還是需搭配其它機(jī)構(gòu)上的屏蔽結(jié)構(gòu)才能使整個(gè)系統(tǒng)通過EMC的要求。以下僅就PCB板的設(shè)計(jì)技巧提供幾個(gè)降低電路產(chǎn)生的電磁輻射效應(yīng)。

15、電磁干擾的方式有哪些？

電磁干擾的主要方式是傳導(dǎo)干擾、輻射干擾、共阻抗耦合、感應(yīng)耦合。對(duì)這幾種途徑產(chǎn)生的干擾我們應(yīng)采用的相應(yīng)對(duì)策：傳導(dǎo)干擾采取濾波，輻射干擾采用屏蔽和接地等措施就能夠大大提高產(chǎn)品的抵抗電磁干擾的能力，也可以有效的降低對(duì)外界的電磁干擾。

16、如何布線？

電源線與回線盡可能靠近，最好的方法各走一面；為模擬電路提供一條零伏回線，信號(hào)線與回程線小與5：1；針對(duì)長(zhǎng)平行走線的串?dāng)_，增加其間距或在走線之間加一根零伏線；手工時(shí)鐘布線，遠(yuǎn)離I/O電路，可考慮加專用信號(hào)回程線。

關(guān)鍵線路如復(fù)位線等接近地回線; 為使串?dāng)_減至最小，采用雙面＃字型布線；高速線避免走直角; 強(qiáng)弱信號(hào)線分開。

17、如何接地？

正確選擇單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地；將數(shù)字電路與模擬電路分開；盡量加粗接地線；將接地線構(gòu)成閉環(huán)路。

18、如何進(jìn)行屏蔽處理？

改良電子設(shè)備中的電路設(shè)計(jì)，采用濾波器件、不同特性元器件分開布局（局部增加屏蔽罩、粘貼金屬箔、也有采用金屬編織網(wǎng)等方法）；

在整個(gè)電子設(shè)備外殼就具有高電磁波發(fā)射能力的電路和器件周圍，添加電磁波屏蔽罩、粘貼金屬箔、噴涂導(dǎo)電涂料、鍍一層導(dǎo)電金屬層、增加電磁波吸收材料。

19、如何進(jìn)行濾波處理？

選擇EMI信號(hào)濾波器濾除導(dǎo)線上工作不需要的高頻干擾成份，解決高頻電磁輻射與接收干擾。它要保證良好接地。分線路板安裝濾波器、貫通濾波器、連接器濾波器。從電路形式分，有單電容型、單電感型、L型、π型。π型濾波器通帶到阻帶的過渡性能最好，最能保證工作信號(hào)質(zhì)量。

選擇交直流電源濾波器抑制內(nèi)外電源線上的傳導(dǎo)和輻射干擾，既防止EMI進(jìn)入電網(wǎng)，危害其它電路，又保護(hù)設(shè)備自身。它不衰減工頻功率。DM(差摸)干擾在頻率 < 1mhz時(shí)占主導(dǎo)地位。cm在=""> 1MHz時(shí)，占主導(dǎo)地位。

 使用鐵氧體磁珠安裝在元件的引線上，用作高頻電路的去耦，濾波以及寄生振蕩的抑制。

盡可能對(duì)芯片的電源去耦(1-100nF)，對(duì)進(jìn)入板極的直流電源及穩(wěn)壓器和DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出進(jìn)行濾波(uF)。

電磁兼容測(cè)試找彭工136-9109-3503。