設(shè)計磁防護電路中EMC/EMI解決方案與設(shè)計經(jīng)驗

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、郵電通訊和計算機及其網(wǎng)絡(luò)的日益發(fā)達，電磁環(huán)境日益復雜和惡化，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。

靜電防護(ESD)找到被保護對象很重要

在設(shè)計電磁防護電路中，工程師要清楚的知道在系統(tǒng)里要保護什么？找到被保護的對象很重要，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？當找到了被保護的電路，就要開始進行靜電分析，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行靜電防護措施，選用對應(yīng)的器件。

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

輻射性ESD防護：對于靜電產(chǎn)生的場對敏感電路產(chǎn)生影響，防護方法主要是盡量減少場的產(chǎn)生和能量，通過結(jié)構(gòu)的改善增加防護能力，對敏感線路實施保護。對場的保護通常比較困難，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)

減少靜電的積累;

使產(chǎn)品絕緣，防止靜電發(fā)生;

對敏感線路提供支路分流靜電電流;

對放電區(qū)域的電路進行屏蔽;

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

從電磁感應(yīng)認識開始電磁兼容設(shè)計

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、輻射等途徑對設(shè)備進行干擾，使得系統(tǒng)變得不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)死機現(xiàn)象——罪魁禍首是電磁干擾。

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干擾和輻射干擾，而傳導干擾又細分為共模干擾差模干擾。引起干擾的原因種類復雜，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。降低輻射干擾的三大對策

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)，和帶電導體的面積及長度(電場干擾)。

2、當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。

常見EMI抑制方式

目前對于EMI的常見抑制方式包括屏蔽法(Shielding)、擴展頻譜法(SpreaDSPectrum)、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，運用遮蔽復合材料也是常見的手法，例如手機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，目前有些BIOS已提供內(nèi)建的擴頻功能，可讓用戶自行設(shè)定。余曉锜指出，使用擴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(PowerTrace)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。

幅射傳導EMI棘手問題，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(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對導線的共模干擾，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，常見的是導線對導線的差模干擾，干擾途徑為某一導線內(nèi)的干擾噪聲感染到其他導線而饋入受害電路，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。

改進手機靈敏度的EMC的四大解決方案

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

電子產(chǎn)品市場、安規(guī)與測試趨勢

電磁兼容標準其實IEC分基礎(chǔ)標準、通用標準和產(chǎn)品標準三大類?；A(chǔ)標準分為發(fā)射標準和抗擾度標準。通用標準將環(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到的指標。對于某種產(chǎn)品，如果既沒有產(chǎn)品EMC標準，又沒有適用的產(chǎn)品類EMC標準，則應(yīng)采用通用EMC標準。一個產(chǎn)品標準優(yōu)先采用，然后是產(chǎn)品類標準你去接近考核。對某種產(chǎn)品如果我們沒EMC標準又沒有適當?shù)漠a(chǎn)品類標準，就用通用的標準。