EMC優(yōu)化基本方法

電磁兼容性(Electromagnetic Compatibility)指的是設(shè)備在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力，通俗地說(shuō)，就是你的板子不怕別人干擾，也盡量不去干擾別人，達(dá)到「兼容」的狀態(tài)。

電磁兼容性(EMC)包括 電磁干擾(EMI，Electro-Magnetic Interference)和 電磁耐受性(EMS，Electro-Magnetic Susceptibility)。

EMI 有以下要素：

輻射發(fā)射(RE，Radiated Emission)：指干擾源通過(guò)空間把其信號(hào)耦合(干擾)到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)。

傳導(dǎo)發(fā)射(CE，Conducted Emission)：指通過(guò)導(dǎo)電介質(zhì)把一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)上的信號(hào)耦合(干擾)到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)。

諧波(Harmonic)：諧波電流騷擾測(cè)試。

閃爍(Flicker)：電壓變化和閃爍測(cè)試。

EMS 有以下要素：

輻射抗擾(RS)：射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度測(cè)試。

傳導(dǎo)抗擾(CS)：射頻場(chǎng)感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度測(cè)試(大電流注入)。

防靜電(ESD)：靜電抗擾度測(cè)試(靜電放電實(shí)驗(yàn))。

瞬態(tài)脈沖干擾(EFT)：電快速瞬變脈沖群抗擾度測(cè)試。

電壓暫降(DIP)：短時(shí)中斷和電壓變化抗擾度測(cè)試。

浪涌、雷擊(SURGE)：浪涌(雷擊)抗擾度測(cè)試。

工頻磁場(chǎng)抗擾(PFMF)：工頻磁場(chǎng)抗擾度測(cè)試。

EMC 優(yōu)化基本方法

產(chǎn)生 EMC 問(wèn)題的要素是：電磁干擾源、耦合途徑、敏感設(shè)備。

規(guī)律：

高頻電流環(huán)路面積 S 越大, EMI 輻射越嚴(yán)重。

環(huán)路電流頻率 f 越高，引起的 EMI 輻射越嚴(yán)重，電磁輻射場(chǎng)強(qiáng)隨電流頻率 f 的平方成正比增大。

基本應(yīng)對(duì)方法：

傳輸通道抑制：具體的方法有濾波、屏蔽、接地、搭接、合理的布線;

空間分離：即通過(guò)加大騷擾源和敏感電路間的距離，抑制空間輻射騷擾和感應(yīng)耦合騷擾的有效方法;

時(shí)間分離：有用信號(hào)在干擾信號(hào)發(fā)射時(shí)短暫關(guān)閉，而在干擾信號(hào)停止的時(shí)間內(nèi)傳輸;

頻譜處理：頻譜改變、展頻技術(shù);

電氣隔離：光電隔離、繼電器隔離、變壓器隔離、DC/DC 變換。

最小化高頻線和電源環(huán)路的面積

基本原則：

信號(hào)總是返回到源端。

信號(hào)回流總是走阻抗最小的路徑。

在高頻信號(hào)中，信號(hào)回流路徑通常是最小電感的路徑，這通常也是環(huán)路面積最小的路徑。在低頻中(通常為 KHz 頻率及以下)，信號(hào)回流往往走阻值最小的路徑。

盡量保持信號(hào)回流屏幕完整

如圖，如果切割了信號(hào)回流平面，則信號(hào)電流將不能經(jīng)最優(yōu)化(最短)路徑返回源頭，在尋找替代回流路徑的時(shí)候?qū)⒆兊貌豢深A(yù)期，增大信號(hào)環(huán)路面積。

特殊情況下，數(shù)字地和模擬地需要隔離，防止串?dāng)_。

高速信號(hào)遠(yuǎn)離連接器

通過(guò)連接器連接到 PCB 的線纜是高效的天線，而高速信號(hào)容易產(chǎn)生電位差，這些電壓會(huì)驅(qū)動(dòng)電流到連接的線纜上，引發(fā)輻射超標(biāo)。

抑制高速信號(hào)上升沿和下降沿時(shí)間

通過(guò)減慢數(shù)字信號(hào)的上升沿和下降沿時(shí)間，可以很好地控制高次諧波頻率。過(guò)長(zhǎng)的轉(zhuǎn)換時(shí)間會(huì)導(dǎo)致信號(hào)完整性和過(guò)熱問(wèn)題。

EMC 元器件

EMC 常用元件有共模電感、磁珠與濾波電容器。

常見(jiàn)濾波器模型：

共模電感

共模電感的等效模型：

磁珠

磁珠的介紹與選型請(qǐng)見(jiàn) 基本元器件-電感與磁珠 · 磁珠 部分。

濾波電容

電容的介紹與選型請(qǐng)見(jiàn) 基本元器件 - 電容 部分。

PCB 的 EMC 設(shè)計(jì)?

3W 與 20H 原則

3W 原則指的是線中心距不少于 3 倍線寬時(shí)，則可保持 70%的線間電場(chǎng)不互相干擾。如要達(dá)到 98% 的電場(chǎng)不互相干擾，則使用 10W 規(guī)則。

20H 原則指的是確保電源平面的邊緣要比地平面邊緣至少縮入相當(dāng)于兩個(gè)平面間層距的 20 倍，是為抑制邊緣輻射效應(yīng)，可以將 70% 的電場(chǎng)限制在接地邊沿內(nèi);內(nèi)縮 100H 則可以將 98% 的電場(chǎng)限制在內(nèi)。