EMC問題三要素

開關電源及數(shù)字設備由于脈沖電流和電壓具有很豐富的高頻諧波，因此會產(chǎn)生很強的輻射。電磁干擾包括輻射型(高頻) EMI、傳導型(低頻)EMI，即產(chǎn)生EMC問題主要通過兩個途徑:一個是空間電磁波干擾的形式;另一個是通過傳導的形式，換句話說，產(chǎn)生EMC問題的三個要素是：電磁干擾源、耦合途徑、敏感設備。輻射干擾主要通過殼體和連接線以電磁波形式污染空間電磁環(huán)境;傳導干擾是通過電源線騷擾公共電網(wǎng)或通過其他端子(如：射頻端子，輸入端子)影響相連接的設備。

傳導、輻射

騷擾源-----------------------------(途徑)------------------------------ 敏感受體

近場耦合

IT、AV設備可能的騷擾源

A) FM接收機、TV接收機本機振蕩，基波及諧波由高頻頭、本機振蕩電路產(chǎn)生;

B) 開關電源的開關脈沖及高次諧波，同步信號方波及高頻諧波，行掃描顯像電路產(chǎn)生的行、場信號及高頻諧波;

C) 數(shù)字電路工作需要的各種時鐘信號及高頻諧波、以及它們的組合，各種時鐘如CPU芯片工作時鐘、MPEG解碼器工作時鐘、視頻同步時鐘(27MHz，16.9344MHz ，40.5MHz)等;

D) 數(shù)字信號方波及高頻諧波，晶振產(chǎn)生的高次諧波，非線性電路現(xiàn)象(非線性失真、互調(diào)、飽和失真、截止失真)等引起的無用信號、雜散信號;

E) 非正弦波波形，波形毛剌、過沖、振鈴，電路設計存在的寄生頻率點。

F) 對于敏感受體通過耦合途徑接受的外部騷擾包括浪涌、快速脈沖群、靜電、電壓跌落、電壓變化和各種電磁場。

電磁騷擾的特性

① 單位脈沖的頻譜最寬;

② 頻譜中低頻含量取決于脈沖的面積，高頻分量取決于脈沖前后沿的陡度;

③ 晶體振蕩電平必須滿足一定幅度, 數(shù)字電路才能按一定的時序工作，使晶振產(chǎn)生的騷擾呈現(xiàn)覆蓋帶

寬、騷擾電平高的特點;

④ 收發(fā)天線極化、方向特性相同時，EMI輻射和接受最嚴重;收發(fā)天線面積越大, EMI危害逾大;

⑤ 騷擾途徑：輻射，傳導，耦合和輻射、傳導、耦合的組合。

⑥ 電源線傳導騷擾主要由共模電流產(chǎn)生;

⑦ 輻射騷擾主要由差模電流形成的環(huán)路產(chǎn)生。

一般來說，EMC設計可分五個層次。以下為五個層次EMC設計要點：

1)的方案選擇、主要部件、集成電路的選型、電路和機械結(jié)構(gòu)設計;

對于產(chǎn)品的成功與否，第一層次設計是最基本、最重要的，任何錯誤都意味著該產(chǎn)品項目徹底失敗。這一層主要EMC考慮體現(xiàn)在：

a) 方案選擇、主要部件、集成電路的選型主要考慮減少輻射騷擾或提高射頻輻射抗干擾能力，盡量選用本身發(fā)射小的芯片，如翻轉(zhuǎn)時間長、工作速率低的器件，多地線腳的芯片(芯片實質(zhì)就是集成度較高的電路模塊，封裝時多裝地線腳，可以減小高速差模電流環(huán)面積S，相應地減小芯片的發(fā)射);避免使用大功率、高損耗器件，它們往往是大的輻射源;

b) 保證所選器件不工作在非線性區(qū)，以免產(chǎn)生諧波分量成為干擾源。

c) 電路和機械結(jié)構(gòu)設計除考慮減少輻射騷擾或提高射頻輻射抗干擾能力外，主要考慮電源電路防外部騷擾包括浪涌、快速脈沖群、靜電、電壓跌落、電壓變化等;

d) 電路設計或方案應不使數(shù)字信號波形產(chǎn)生過沖，應使無用的諧波振蕩幅度最小，使無用的高次諧波成分最少，避免引發(fā)強烈的電磁騷擾;

e) 對集總參數(shù)電路，增加阻尼、 減小Q值，防止振蕩;

2)PCB的EMC設計;

對于產(chǎn)品的成功與否， PCB的EMC設計是重要的一環(huán)。PCB設計不合理，會產(chǎn)生無法補救的后果;

PCB良好的EMC設計，有事半功倍的效果。PCB的EMC設計應遵循以下內(nèi)容：

a) 盡量減小所有的高速信號及時鐘信號線構(gòu)成的環(huán)路面積，連接線要盡可能短，并使信號線緊鄰地回路;

b) 使用小型化器件和多層線路板，多層印制板可緊縮布線空間，高頻特性好，容易實現(xiàn)EMC;

c) 印制板層數(shù)選擇考慮關鍵信號的屏蔽和隔離要求，先確定所需信號層數(shù)，然后考慮成本的前提下，增加地平面和電源層是PCB EMC設計最好的措施之一;

d) 印制板分層原理與布置印刷電路、布置排線的原理一樣，元件面下面為地平面，關鍵電源平面與其對應的地平面相鄰，相鄰層的關鍵信號不跨區(qū)，所有的信號層特別是高速信號、時鐘信號與地平面相鄰，盡量避免兩信號層相鄰;

e) 個別電源層、地層不能作為一個連續(xù)的平面時，采用多網(wǎng)孔連接形成地格蜂窩網(wǎng)，有效減小電流環(huán)路面積，減小公共阻抗R，加大信號與地層分布電容;

f) 線路板布線設計時順序考慮：電源和地/時鐘線/信號線，布線應該短、直、粗、勻，不要直角和突變，不應有“之”字形，用圓角代替尖銳走線，盡可能加寬電源和地的布線，電源和地層的分割，盡量符合微帶線和帶狀線要求;

g) 走線盡可能遠離騷擾源，布線考慮鐵氧體材料的使用，預留磁珠和貼片濾波器的位置，以備按需加減;

3)電與接地、高速信號線路及內(nèi)部線纜的EMC設計;

PCB的EMC設計中也提到供電與接地、高速信號線路的EMC設計，此外，還應遵循以下內(nèi)容：

a)芯片間使用低阻抗地連接(地平面)，不同芯片供電腳間阻抗盡量小，芯片供電腳(意思是離芯片供電腳很近的供電線上)與地間接高頻旁路電容，供電布線預留磁珠和貼片濾波器的位置，以備按需加減;

b) 布線、I/O排線的核心原則就是減小電流環(huán)面積S,布置排線的原理與印制板分層原理一樣，關鍵電源線與其對應的地線相鄰，所有的信號層特別是高速信號、時鐘信號線與地線相鄰，盡量避免兩信號線相鄰;

c) 為避免接地線長度過長(接近λ/4)，可采用多點就近接地，接地線高頻阻抗要小;

d) 減小電纜的天線效應及減小偶極子天線效應，跨線、I/O排線采用屏蔽性能好的線纜，內(nèi)導線采用多股雙絞線，使空間場互抵，屏蔽層可作為回線;

e) 機內(nèi)采用屏蔽線防止感應噪聲;

f) 濾波器的輸入輸出線應拉開距離，忌并行走線，以免影響濾波效果;

h) I/O接口注意高速電路阻抗匹配，減小、消除反射;

4) 屏蔽設計;

屏蔽好的要求有三：完整的電連續(xù)體;濾波措施;良好的接地。

對于信息技術IT類設備,當主板及配置選定的情況下,提高整機的屏蔽效果和各個部分的隔離效果非常重要，尤其個人計算機和液晶顯示器。這里只說屏蔽設計:

a)計算機機殼內(nèi)騷擾場強較大，機殼塑料部分未涂導電材料或所涂導電材料不佳，機箱有孔洞、縫隙，不

是一個完整電連續(xù)體，進出線濾波不好，最終都可導致輻射騷擾超出限值。機箱為了更好屏蔽電磁輻射，既能照顧到機箱的散熱需求，又能有效地防止電磁波的衍射，開孔尺寸一般不超過4mm;

b) 根據(jù)產(chǎn)品實際進行屏蔽設計，端口、通風孔、孔洞、連接縫隙的屏蔽性都是值得考

慮的因素;

c) 液晶顯示器為了更好屏蔽電磁輻射可以采用噴涂導電材料的外殼(接縫處要噴涂導電材料);

d) 為了將輻射減到最小，盡量使用通過了CQC (EMC方面)自愿認證的機箱;

e) 為保證機箱的密封性，要使用精密模具沖壓成型，設計適當?shù)膹楛c和卷邊;

f) 變壓器加靜電屏蔽及接地等

5)輸入/輸出的濾波設計

電源線濾波和信號線濾波的重要性并不亞于機箱屏蔽，濾波關鍵是針對EMC要求，兼顧達標和經(jīng)濟的原則。在I/O接口部位，一般采用高頻濾波效果好、安裝簡單的濾波連接器。在電纜上纏繞或套用鐵氧體磁環(huán)也能起到一定的濾波吸波作用。設計或使用信號線濾波器時，濾波器的截止頻率須高于電纜上要傳輸?shù)男盘栴l率。

a)傳導騷擾問題處理的方法主要是低通濾波。在1MHz以上時，傳導發(fā)射問題通常是由輻射發(fā)射的耦合而引起的，須綜合運用抑制傳導發(fā)射和輻射發(fā)射的技術措施，如屏蔽、去耦和濾波;

右圖是一個高性能電源濾波電路，有二級共模和一級差模濾波，共模和差模騷擾抑制能力較強，適用于要求抑制較強騷擾發(fā)射的場合。

b)濾波電路的衰減性能與源和負載的阻抗關系很大，失配越大，濾波器衰減電磁騷擾的效果越好。大多數(shù)情況下，電源線表現(xiàn)為低阻抗，則濾波器的輸入端應為高阻抗。另一方面，設備既可能為高阻抗，也可能為低阻抗。對于線性電源高阻抗，為獲得阻抗失配，負載端應設計為低阻抗。對于開關電源和同步電機這樣的低阻抗設備，負載端設計為高阻抗。

c) 減共模和差模電容，加減共模和差模線圈，調(diào)整電容參數(shù)和線圈匝數(shù)，共模和差模插入損耗對頻率的曲線都可改變。濾波器的泄漏電流是指相線和中線與外殼地之間流過的電流。它主要取決于連接在相線與地和中線與地間的共模電容。

共模電容的容量越大，共模阻抗越小，共模騷擾抑制效果越好，但安全標準規(guī)定泄漏電流不能過大。

d) 電源濾波器安裝位置應靠近電源線入口處，如能做成與接口一體化更好。對于金屬屏蔽機箱，選用獨立電源屏蔽濾波器，安裝在電源線入口處，并確保濾波器外殼與設備機箱(地)良好電接觸，這樣的效果是最好的。濾波器接地通常固定在電纜出口處的公共地金屬構(gòu)件上。