各種EMI類型與各類EMI抑制的方法介紹

包含EMI和EMS的EMC因為各國均立下法規(guī)規(guī)范，成為電子產(chǎn)品設(shè)計者無可迴避的問題。面臨各種EMI模式和各類EMI抑制方法，該如何因地制宜選擇最佳對策讓產(chǎn)品通過測試，同時又必須盡量降低成本強化產(chǎn)品競爭力，是所有電子產(chǎn)品設(shè)計人員必須仔細評估思考的課題。

EMI類型與解決方法

所謂EMC（Electromagnetic Compatibility；電磁共容）實際上包含EMI（Electromagnetic Interference；電磁干擾）及EMS（Electromagnetic Sensibility；電磁耐受）兩大部份。EMI指的是電氣產(chǎn)品本身通電后，因電磁感應(yīng)效應(yīng)所產(chǎn)生的電磁波對週遭電子設(shè)備所造成的干擾影響，EMS則是指電氣產(chǎn)品本身對外來電磁波的干擾防御能力，也就是電磁場的免疫程度。

簡單來說，只要是需要電力工作的產(chǎn)品都會有EMI問題，浸淫EMC領(lǐng)域十多年的資深顧問余曉锜表示，一個電子產(chǎn)品中的EMI來源多半來自交換式電源供應(yīng)迴路（Switching Power Supply Circuit）、振盪器（Crystal）和各類時鐘信號（Clock Signal），而根據(jù)傳導(dǎo)模式不同，EMI可分為接觸傳導(dǎo)（Conducted Emission）和幅射傳導(dǎo)（Radiated Emission）兩類。

接觸傳導(dǎo)是由電源供應(yīng)回路所形成的電磁波雜訊，透過實體的電源線或信號導(dǎo)線傳送至電源電路內(nèi)的一種電磁波干擾模式，此狀況會造成與干擾設(shè)備使用同一電源電路的電氣設(shè)備被電磁雜訊干擾，產(chǎn)生功能異?，F(xiàn)象，通常發(fā)生在較低頻；幅射傳導(dǎo)則是電路本身通電之后，由電磁感應(yīng)效應(yīng)所產(chǎn)生的電磁波幅射發(fā)散所形成的電磁干擾模式，常見于高頻。

幅射傳導(dǎo)EMI產(chǎn)生的問題通常較接觸傳導(dǎo)嚴重，也更為棘手，其解決方式余曉锜歸納出下列幾種：

1. 在干擾源加LC濾波回路。

2. 在I/O端加上DeCap by pass to Ground， 把雜訊導(dǎo)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)部盡量少使用排線或?qū)嶓w線。

6. 產(chǎn)品內(nèi)部的實體線盡量做成絞線以抑制雜訊幅射，同時在排線的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（Common Mode Filter）。

8. 遵循一定的類比和數(shù)位佈線原則。

此外，EMI的形成又可分為共模幅射（Common Mode）和差模幅射（Differential Mode）兩類。余曉锜表示，共模幅射包括共地阻抗之共模干擾（Common-Mode Coupling）和電磁場對導(dǎo)線的共模干擾（Field to cable/trace Common-Mode Coupling），前者是因雜訊產(chǎn)生源與受害電路間共用同一接地電阻所產(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（Shielding）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(dǎo)線對導(dǎo)線的差模干擾（Cable to Cable Differential-Mode Coupling），干擾途徑為某一導(dǎo)線內(nèi)的干擾雜訊感染到其他導(dǎo)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。

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（Spread Spectrum）、使用濾波器（Filter）等，以及透過整合接地、佈線、搭接等層面來防治。

余曉锜表示，電磁屏蔽法大部份是用來屏蔽300MHz以上的電磁雜訊，例如法拉第蓋的使用就是一例，此外，運用遮蔽復(fù)合材料也是常見的手法，例如手機就常見以真空電鍍方式，在塑膠殼內(nèi)部佈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，可讓使用者自行設(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。

此外，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)計工程師採用。余曉锜指出，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（Power Trace）上；一般的Bead可用來抑制某特定頻率的雜訊信號；CMF則用來抑制USB、1394、LVDS等差模線路的雜訊幅射問題。

不過余曉锜強調(diào)，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。

高速數(shù)位電路及類比-數(shù)位混合電路EMI防治法

由于運算速度的提升和高速傳輸介面的應(yīng)用，目前數(shù)位電路已走向高速化。在高速數(shù)位電路中，只要阻抗匹配接近理想的阻值（以銅線被覆于FR4材質(zhì)而言約50歐姆），讓所有信號線都成為傳輸線（Transmission Line）的理想狀態(tài)下，理論上應(yīng)該不會產(chǎn)生EMI問題，但是余曉锜表示，目前實際上的佈線設(shè)計還無法達到上述要求，所以只好將高速信號線盡量走在內(nèi)層，其相鄰的上層用地（鋪銅）來覆蓋以達到遮蔽隔離（Shielding）電磁幅射的效果，亦或在信號線上適當(dāng)?shù)木嚯x加上對地的濾波電容（DeCap bypass to Ground）來降低EMI。

另外，針對日漸普遍的類比及數(shù)位信號混合電路EMI防治，余曉锜也提出以下幾個可遵循的設(shè)計原則：

1. 類比與數(shù)位信號須分區(qū)布線。

2. 所有類比信號要在類比區(qū)內(nèi)布線（包含地，電源及信號線）。

3. 所有數(shù)位信號要在數(shù)位區(qū)內(nèi)布線（包含地，電源及信號線）。

4. 嚴禁類比或數(shù)位信號直接跨區(qū)布線。

5. AD IC晶片下方嚴禁布線。

了解各國法規(guī)及標準以通過測試

除了各種抑制技巧外，量測也是EMI防治過程中重要的一環(huán)。余曉锜對此表示，EMI量測絕大部份是使用頻譜分析儀（Spectrum Analyzer）及接收器（Receiver），而EMS因是產(chǎn)品耐受性測試，所以必須在符合國際法規(guī)的環(huán)境下執(zhí)行測試，目前坊間有許多實驗室均可執(zhí)行EMS標準測試。

要通過測試，首先必須了解各國對于EMC的法規(guī)及相關(guān)標準要求。余曉锜指出，目前全球較重要的EMC標準包括：***BSMI（CNS13438）、中國大陸CCC（GB4943）、日本VCCI、韓國MIC、美國FCC（Part 15）、歐盟CE（EN55022）、紐澳C-Tick（ANS3548）等等，EMS的要求標準則主要有韓國MIC（引用EN55024）和歐盟CE（EN55024）。

以最低成本符合國際規(guī)范將成最大挑戰(zhàn)

雖然以一般消費性電子資通訊產(chǎn)品而言，并沒有特定類型產(chǎn)品的EMI會特別嚴重，不過以學(xué)理及經(jīng)驗來看，余曉锜指出交流供電產(chǎn)品的EMI問題會比直流供電產(chǎn)品嚴重，處理上也較為復(fù)雜；此外，多層板產(chǎn)品的EMI問題也會比層數(shù)少的產(chǎn)品較容易處理。

不過，對于***電子廠商面臨的最大EMC問題，余曉锜認為不在于技術(shù)而在于成本。因為在激烈的市場競爭下，產(chǎn)品成本是各家廠商最優(yōu)先考量的重點，往往犧牲了技術(shù)上應(yīng)有的設(shè)計考量來遷就成本要求，例如原本以四層板設(shè)計可獲致最佳EMI抑制效果，就可能因成本考量而改用防治效果較差的兩層板。

余曉锜表示，一般EMC防治成本約佔產(chǎn)品總體材料成本的15％～10％，而這中間的空間就需要看設(shè)計者的經(jīng)驗來決定費用降低的幅度，所以如何在最低成本的艱困條件下，完成符合國際EMC規(guī)范的產(chǎn)品，將是未來***電子廠商的研發(fā)或EMC工程師所面臨的最大挑戰(zhàn)與課題。