散熱輻射評估 - 設(shè)計早期對EMC的考慮

　　散熱器輻射的評估

　　圖4所示的EMC 仿真應(yīng)用可確定一個散熱器的電磁輻射。在這一簡單模型中，一個就在該散熱器下面的寬帶信號源激勵散熱器，顯示了散熱器與其所連接的IC之間的電磁耦合作用。該圖示出了三種配置的輻射功率譜。很明顯，輻射電平與幾何形狀和頻率有關(guān)。雖然較小的散熱器接地可降低頻段低頻部分的輻射，但會使頻段中頻部分的輻射增大。

　　解決電纜耦合問題

　　圖5示出了用EMC仿真用來測定系統(tǒng)級電纜耦合的情況。EMC 仿真工具的幾何結(jié)構(gòu)由一個19英寸機(jī)架內(nèi)的三個網(wǎng)絡(luò)集線器組成。一條四線帶狀電纜將上下兩個集線器中的印制電路板與中間集線器連接起來。中心集線器含有該模型中的唯一EMC信號源。EMC仿真工具計算出由中間集線器耦合到上部集線器印制電路板連接線的電流大小。耦合電流在600MHz和800 MHz兩個頻率點(diǎn)顯示出兩個強(qiáng)諧振。解決這類問題的一種常用方法是在受到影響的電纜上增強(qiáng)濾波功能，然后再借助仿真測定此影響。下邊的曲線表明，增加一個低通濾波器可減小諧振頻率上耦合電流的幅度，但卻不能將其消除。這是一種“應(yīng)急的”方法，因?yàn)樗鼪]有從根本上解決問題。

　　EMC仿真可使電纜耦合應(yīng)用的內(nèi)在物理過程一目了然，找到問題的根源。在600MHz測定中央集線器內(nèi)部的電場分布，便可確定電場熱點(diǎn)，再由電場熱點(diǎn)確定在電纜附近產(chǎn)生高電場的空腔諧振。用一塊金屬隔板把集成器隔離起來，就可有效抑制空腔諧振模式并消除耦合（圖6）。

　　您可用EMC仿真來確定和解決因溫升而修改設(shè)計所引起的問題。建立在企業(yè)存儲系統(tǒng)的控制器節(jié)點(diǎn)（基本上是奔騰雙處理器計算機(jī)）模型上的這一技術(shù)就是一個例子。在將這一設(shè)計制作成硬件之后，就用一些熱管代替原來標(biāo)準(zhǔn)的奔騰芯片散熱器，這些熱管的占用面積與散熱器相同，但高度高一些，所用散熱片是水平的，而不是垂直的。

　　一個寬帶仿真工具可計算出系統(tǒng)的電磁輻射（圖7）。在這一實(shí)例中，工程師之所以對由系統(tǒng)中一個120MHz振蕩信號引起的輻射進(jìn)行隔離感興趣，乃是因?yàn)闇y量結(jié)果表明存在一個問題。因此，在計算寬帶響應(yīng)之后，工程師在后處理中使用間接激勵來提取對所需源信號的響應(yīng)，從而產(chǎn)生圖中的離散諧波。這一輻射在120MHz振蕩頻率的主諧波頻率上增加約40dB。很顯然，這樣一種不會產(chǎn)生有害的熱設(shè)計修改卻會對系統(tǒng)EMC順應(yīng)性產(chǎn)生如此大而嚇人的影響。

　　發(fā)現(xiàn)問題根源后，您就可以探索經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的解決方案。在本例中，將導(dǎo)熱管頂部與機(jī)殼蓋之間連接一根地線消除容性耦合路徑，就是一種低成本的極好方法。具體的做法是，將一小塊涂有導(dǎo)電膠的防電磁干擾墊片貼于熱管頂部散熱片上，這樣與機(jī)殼頂蓋接觸就會擠壓墊片，形成一根接地線。圖8示出了電磁輻射圖，其中包括熱管接地后的結(jié)果。這種方法使得輻射與原來的情況實(shí)際上相同，從而在對輻射不產(chǎn)生負(fù)面影響的情況下改善了熱性能。

　　在設(shè)計過程中盡早采用EMC仿真，可在制造原型前研究和預(yù)測關(guān)鍵的EMC現(xiàn)象，從而在滿足EMC要求和提高屏蔽效果兩方面優(yōu)化電子產(chǎn)品設(shè)計。與先制造原型，再從EMC角度優(yōu)化產(chǎn)品的做法相比，現(xiàn)代仿真工具可使設(shè)計師評估更多的設(shè)計，達(dá)到前所未有的水平。此外，值得注意的是，你不可以孤立地進(jìn)行EMC 設(shè)計，因?yàn)橛捎贓MC原因而進(jìn)行設(shè)計修改常常會影響其他設(shè)計問題，如熱管理。因此，有意義的是，EMC 仿真工具可使設(shè)計師綜合考慮EMC 和其他重要設(shè)計約束條件，以使系統(tǒng)總成本和系統(tǒng)性能最佳。