設(shè)計(jì)磁防護(hù)電路中EMC/EMI解決方案與設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)

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(jì)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(duì)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(wèn)題越來(lái)越受到工程師和生產(chǎn)企業(yè)的重視。

靜電防護(hù)(ESD)找到被保護(hù)對(duì)象很重要

在設(shè)計(jì)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(duì)象很重要，如何在10000個(gè)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(duì)應(yīng)的器件。

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

防護(hù)靜電的一般方法(前三條是針對(duì)直接放電，后兩條是針對(duì)關(guān)聯(lián)場(chǎng)的耦合)

減少靜電的積累;

使產(chǎn)品絕緣，防止靜電發(fā)生;

對(duì)敏感線路提供支路分流靜電電流;

對(duì)放電區(qū)域的電路進(jìn)行屏蔽;

減少環(huán)路面積以保護(hù)電路免受靜電放電產(chǎn)生的磁場(chǎng)的影響。

從電磁感應(yīng)認(rèn)識(shí)開始電磁兼容設(shè)計(jì)

一個(gè)好的電子產(chǎn)品，除了產(chǎn)品自身的功能以外，電路設(shè)計(jì)(ECD)和電磁兼容設(shè)計(jì)(EMCD)的技術(shù)水平，對(duì)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(jì)的時(shí)候，都是從認(rèn)識(shí)電子元器件開始，但從事電磁兼容設(shè)計(jì)的時(shí)候卻無(wú)從下手。實(shí)際上從事電磁兼容設(shè)計(jì)是從電磁場(chǎng)理論開始，即從電磁感應(yīng)認(rèn)識(shí)開始。

試想一下，多個(gè)電子設(shè)備在同一空間工作時(shí)，在其周圍會(huì)產(chǎn)生一定強(qiáng)度的電磁場(chǎng)，在場(chǎng)或者人為的作用下，各種干擾會(huì)通過(guò)傳導(dǎo)、輻射等途徑對(duì)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(shí)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(jì)效率。降低輻射干擾的三大對(duì)策

1、一個(gè)是屏蔽，另一個(gè)是減小各個(gè)電流回路的面積(磁場(chǎng)干擾)，和帶電導(dǎo)體的面積及長(zhǎng)度(電場(chǎng)干擾)。

2、當(dāng)載流體的長(zhǎng)度正好等于干擾信號(hào)四分之一波長(zhǎng)的整數(shù)倍的時(shí)候，干擾信號(hào)會(huì)在電路中產(chǎn)生諧振，這時(shí)輻射干擾最強(qiáng)，這種情況應(yīng)盡量避免。

3、磁場(chǎng)輻射干擾主要是流過(guò)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(guò)高頻電流回路的面積和接收回路的面積。

常見EMI抑制方式

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

電磁屏蔽法大部份是用來(lái)屏蔽300MHz以上的電磁噪聲，此外，運(yùn)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(lái)將時(shí)鐘(Clock)的信號(hào)展頻，使其峰值(Peak)信號(hào)波形振幅減低來(lái)降低信號(hào)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(hào)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(guò)3%通常就會(huì)讓信號(hào)過(guò)于失真而不可行。濾波器或?yàn)V波回路的使用因?yàn)槌杀镜土襍MD(表面黏著)制程的加工需求，所以最為一般設(shè)計(jì)工程師采用。濾波器的使用機(jī)會(huì)和模式根據(jù)不同防治需求來(lái)決定，例如大電流的Bead可用在電源電路的路徑(PowerTrace)上；一般的Bead可用來(lái)抑制某特定頻率的噪聲信號(hào)；CMF則用來(lái)抑制USB、1394、LVDS等差模線路的噪聲幅射問(wèn)題。

不過(guò)，對(duì)于EMI的抑制有諸多解決方式，必須因時(shí)因地制宜選擇，只要有效就是好的防制方法，并沒(méi)有哪一種特定方式特別勝出。

幅射傳導(dǎo)EMI棘手問(wèn)題，解決方式歸納出下列幾種：

1.在干擾源加LC濾波回路。

2.在I/O端加上DeCapbypasstoGround,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(shí)體線盡量做成絞線以抑制噪聲幅射，同時(shí)在扁平電纜的I/O端加上DeCap。

7.在差模信號(hào)線的始端或末端加上共模濾波器(CommonModeFilter)。

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(chǎng)對(duì)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(shí)行地的切割來(lái)必免共地干擾問(wèn)題;后者則為高電磁能量所形成的電磁場(chǎng)對(duì)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(lái)處理場(chǎng)對(duì)線的干擾問(wèn)題。

至于差模幅射，常見的是導(dǎo)線對(duì)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(chǎng)干擾的一種，可藉由加寬線與線之間的距離來(lái)處理此類干擾問(wèn)題。

改進(jìn)手機(jī)靈敏度的EMC的四大解決方案

電子產(chǎn)品現(xiàn)在是高性能化發(fā)展，這就導(dǎo)致了電子設(shè)備里面很復(fù)雜的變化。比如說(shuō)手機(jī)，它的IC工作電壓越來(lái)越低，能量越來(lái)越小，智能手機(jī)，包括PC，無(wú)線電路，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)相關(guān)的干擾。第三個(gè)就是接口通訊的速度越來(lái)越高。第四個(gè)是汽車應(yīng)用中電子控制越來(lái)越多。這些都導(dǎo)致我們的電子版變得越來(lái)越復(fù)雜，也就使得我們的方法變得越來(lái)越重要。我們相信這種變化本身在不斷變化之后，產(chǎn)生的需求會(huì)越來(lái)越多。

電子產(chǎn)品市場(chǎng)、安規(guī)與測(cè)試趨勢(shì)

電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)其實(shí)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。基礎(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(gè)才是你真正要達(dá)到的指標(biāo)。對(duì)于某種產(chǎn)品，如果既沒(méi)有產(chǎn)品EMC標(biāo)準(zhǔn)，又沒(méi)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(gè)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(duì)某種產(chǎn)品如果我們沒(méi)EMC標(biāo)準(zhǔn)又沒(méi)有適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)，就用通用的標(biāo)準(zhǔn)。