電子產(chǎn)品設(shè)備的EMI輻射理論和展頻解密

EMI輻射的模型：

騷擾信號源傳遞到產(chǎn)品中的等效天線模型，然后傳遞發(fā)射出去產(chǎn)生EMI輻射Data！

1）電流不要流過等效天線模型，則沒有EMI的輻射問題;

2）電路中導(dǎo)體的所有電位都等電位的時候，就沒有電流存在了；

EMI輻射的基本理論：

輻射的一個重要基本概念是：電流導(dǎo)致輻射，而非電壓；

1.差模電流的磁場主要集中在差模電流構(gòu)成的回路面積之內(nèi)，

而回路面積之外的磁力線會相互抵消；

2.共模電流的磁場，在回路面積之外，

共模電流產(chǎn)生的磁場方向相同，磁場強(qiáng)度反而加強(qiáng)！

問題點：共模電流不能在RF返回路徑中進(jìn)行磁力線的抵消！

我的理論：

A.所有的等電位的導(dǎo)體都能互連在一起，能連的都連上；不能連的用電容連上，電容連接就是濾波的方法！

B.所有的EMI的輻射問題都是共模輻射！共模的場輻射怎么出來？一定是騷擾信號源傳遞到了一個等效的天線模型上；而不是騷擾信號源直接飛出去！！

我的EMI輻射的基本思路：

是讓輻射源不要流過這個等效的天線模型或者流過的等效的環(huán)路路徑最短/等效的回路面積最小化！

產(chǎn)品設(shè)計中的幾個經(jīng)常遇到設(shè)計方案問題

電子產(chǎn)品中的散熱器問題分析一：

產(chǎn)品散熱器的EMI輻射問題，散熱器的接地理論分析！復(fù)雜產(chǎn)品散熱器的體積越來越大，散熱器的長度可以比擬這個輻射的波長；散熱器容易變成輻射天線！

注意：EMI的輻射大都是遠(yuǎn)場的共模輻射！遠(yuǎn)場的輻射怎么出來？一定是騷擾信號源傳遞到了一個等效的天線模型上；而不是騷擾信號源直接飛出去的！！

處理方法：是讓輻射源不要流過這個等效天線！

散熱器成為等效天線，那簡單的方法是要電流不能流過散熱器；當(dāng)散熱器的電位與系統(tǒng)的工作地電位等電位；即將散熱器連接到地對應(yīng)的器件（IC）的GND讓電流不流過散熱器，因此就不會出現(xiàn)散熱器的EMI輻射問題??！

電子產(chǎn)品中的接口連接線分析二：

25MHz晶振工作的通訊連接（比如以太網(wǎng)；HDMI接口；LVDS數(shù)據(jù)線）產(chǎn)生125MHz和375MHz的EMI-輻射超標(biāo)；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)打上3mm的螺絲孔就沒有輻射超標(biāo)（螺絲沒有接地）

以太網(wǎng)的輻射部分是由線纜引起的；它并不是說系統(tǒng)里面的25MHz的時鐘信號直接出去的！25MHz及其諧波通過一定的傳遞路徑，傳遞到以太網(wǎng)的信號線上；信號線上的電流大小決定了輻射的大?。豢梢源_定的是鎖螺絲孔的過程就改變了它的電流傳遞的路徑；通過鎖螺絲孔接地的方式改變了原來流過電纜上的電流！如果這個螺釘孔跟外殼有關(guān)的話就會是這個原因；而不是結(jié)構(gòu)的封閉與不封閉的問題！

再進(jìn)一步假設(shè)：螺絲并不是接地的！25MHz、125MHz/375MHz高頻輻射信號能不能通過3mm的孔徑出去？？

答案：不會！打螺釘拆掉就不過125MHz/375MHz的EMI的輻射問題，螺絲孔打上就能過了；這只能證明和這個孔有關(guān)，不能證明是從這個孔出去的！

我的EMI理論模型：騷擾源信號源要傳遞到產(chǎn)品中的等效天線模型然后再輻射出去??！

電子產(chǎn)品中的雙面板PCB布線鋪地的分析三：

雙面板PCB系統(tǒng)鋪地的理論和分析；鋪地對EMI有什么影響？

鋪地好的方面：

注意信號線的PCB板邊緣的走線 如果鋪地；這個信號線對外的信號耦合就減小了；PCB鋪銅地在PCB板的邊緣的地方就要有；鋪銅鋪在信號線之間，它就能降低信號間的串?dāng)_，串?dāng)_中的EMI輻射是跟它間接的關(guān)系的！如果兩個都能達(dá)到或者做到了 EMI效果就會好！鋪地不是每個地方按面積來數(shù)的，地要有目標(biāo)的去鋪設(shè)才是有好的作用的！

我的觀點：PCB有鋪銅的條件，且這個鋪銅是有作用的，如果能提升EMI的性能；可建議采用PCB鋪地銅的法則！

注意點：

在這個設(shè)計上要鋪地就要保證信號的鋪地平面與系統(tǒng)的參考地電位的阻抗要足夠??；否則這個鋪地就會對輻射干擾或抗輻射干擾都會有影響！

系統(tǒng)分布參數(shù)影響的電磁場環(huán)路分析！我用下面的等效來分析：

共模電流通過布局布線流經(jīng)系統(tǒng)的信號線連接線及電纜等，其中>30MHz以上 為輻射發(fā)射的天線接收；即共模輻射在空間產(chǎn)生電磁場，此時被輻射騷擾測試接收天線接收后，那么就形成了產(chǎn)品對外的輻射騷擾。

EMI的傳遞路徑：感性耦合；容性耦合；傳導(dǎo)耦合；輻射耦合！

1.感性耦合路徑問題

注意電路中的感性元器件：電感及 變壓器器件等等；

2.容性耦合路徑問題

注意電路中任意相近的兩根電流導(dǎo)線都會存在分布電容耦合：臨近PCB走線 及 關(guān)鍵走線&連接線；散熱器等等；

EMI輻射的分析要點

今天的實踐分析及成本最佳化思路的主體內(nèi)容如下：

A.確認(rèn)噪聲源

B.了解噪聲源的特性

C.確認(rèn)噪聲源的傳遞路徑；

D.分析確認(rèn)后成本最佳化設(shè)計。

總結(jié)：

輻射的一個重要基本概念是：電流導(dǎo)致輻射，而非電壓；

所有的等電位的導(dǎo)體都能互連在一起，能連的都連上；不能連的用電容連上，電容連接就是濾波的方法！要讓輻射源不要流過這個等效的天線模型！或者人為設(shè)定規(guī)定的等效路徑?。ò⒍爬蠋煹脑O(shè)計技巧）

第二部分 展頻解密

1.擴(kuò)譜時鐘（展頻技術(shù)）

擴(kuò)譜時鐘與普通時鐘的區(qū)別是：普通時鐘的信號周期十分穩(wěn)定，而擴(kuò)譜時鐘信號的周期是按一定規(guī)律變化的。這種周期變化的結(jié)果是使時鐘信號的譜線變寬，峰值降低！而每個諧波的總能量保持不變；如下示意圖進(jìn)行說明！

注意：擴(kuò)譜時鐘信號的頻率抖動要控制在不引起系統(tǒng)時序錯亂的程度，一般用百分比表示，稱為頻率調(diào)制度。

例如：±0.5%調(diào)制度表示100MHz的時鐘頻率在99.5MHz-100.5MHz之間變化。當(dāng)系統(tǒng)有工作頻率的上限要求時，為了避免時鐘頻率超過系統(tǒng)允許的最高頻率；時鐘頻率可在99.5MHz-100MHz之間變化；這稱為下擴(kuò)譜！

常用的擴(kuò)譜方式如下圖所示：

我們在實際的技術(shù)規(guī)范中要注明這種時鐘周期，幅度的抖動！

2.普通的標(biāo)準(zhǔn)時鐘和擴(kuò)譜時鐘的發(fā)射頻譜的對比數(shù)據(jù)如下：

3.擴(kuò)譜時鐘技術(shù)與傳統(tǒng)的濾波技術(shù)的差異

用低通濾波器（例如鐵氧體磁環(huán)或三端電容）對時鐘信號濾波，將時鐘信號的高次諧波衰減，從而減小電路輻射的方法已為大多的電子設(shè)計師所了解！這種濾波的結(jié)果是延長了脈沖信號的上升沿，因此不適合高速電路的場合！特別是隨著數(shù)字電路的工作速度迅速提高，時鐘信號的上升沿必須保持一定的抖動！不允許使用濾波的方法。

同樣的在開關(guān)電源中，使用上升沿較長的脈沖雖然可以減小干擾發(fā)射；但是會導(dǎo)致電源的效率降低！

與使用濾波器衰減脈沖信號高次諧波的方法相比；擴(kuò)譜時鐘技術(shù)具有以下幾個不可替代的好處！

A.時鐘信號的波形不變；擴(kuò)譜時鐘信號的脈沖波形與普通時鐘信號的脈沖波形一樣，具有很陡的上升沿，適合高速數(shù)字邏輯電路！

B.擴(kuò)譜時鐘從根源上減小干擾幅度；傳統(tǒng)的濾波技術(shù)僅能將安裝濾波器的線路上的時鐘高次諧波幅度降低，而這路時鐘經(jīng)過分頻或再次驅(qū)動后，高次諧波幅度又會恢復(fù)（甚至更大，取決于分頻或驅(qū)動電路）。擴(kuò)譜時鐘則沒有這個問題；因為它從根源上降低了時鐘信號的各次諧波幅度！

C.擴(kuò)譜時鐘減小所以諧波的幅度；濾波僅能將高次（為了保證時鐘的基本波形，一般要保留15次諧波）諧波幅度降低，而對較低次諧波（特別是基頻）沒有任何的抑制效果！例如：對于頻率為12MHz的時鐘信號，一般僅能將150MHz（保留13次諧波）以上的諧波濾除！而150MHz以下的諧波任然會產(chǎn)生較強(qiáng)的發(fā)射！

這只能靠屏蔽和在電纜上使用高性能的濾波器來解決！

使用擴(kuò)譜時鐘則沒有這個問題；幾乎所有的諧波都會降低！

4.擴(kuò)譜時鐘的設(shè)計

獲得擴(kuò)譜時鐘的器件有兩類：

一類是獨立的擴(kuò)譜時鐘振蕩器（擴(kuò)譜晶振）它的封裝與普通晶體振蕩器相同，可以直接替換普通的晶體振蕩器，使電路工作在擴(kuò)譜時鐘狀態(tài)。這類器件的缺點是每個型號的輸出頻率，擴(kuò)譜參數(shù)（頻率調(diào)制度）固定。

另一類需要外接一些器件，通常需要外接晶體或時鐘源作為參考頻率。這類器件的優(yōu)點是工作頻率為一個范圍，擴(kuò)譜參數(shù)可以設(shè)置！在新開發(fā)的產(chǎn)品中我推薦使用這類器件設(shè)計！

5.擴(kuò)譜時鐘(展頻技術(shù))在TFT-LCD顯示的應(yīng)用及技術(shù)要求