抑制電子設(shè)備之間電磁干擾的六個(gè)步驟解析

電磁兼容性EMC（Electro Magnetic Compatibility）是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對(duì)其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無(wú)法忍受的電磁干擾的能力。因此，EMC包括兩個(gè)方面的要求：一方面是指設(shè)備在正常運(yùn)行過(guò)程中對(duì)所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過(guò)一定的限值；另一方面是指器具對(duì)所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。

各種運(yùn)行的電子設(shè)備之間的干擾主要以電磁傳導(dǎo)、電磁感應(yīng)和電磁輻射三種方式彼此關(guān)聯(lián)并相互影響，在一定的條件下會(huì)對(duì)運(yùn)行的設(shè)備和人員造成干擾、影響和危害。關(guān)于具體EMC領(lǐng)域的整改文章其實(shí)不少。

EMC整改六步走

EMC 整改六步法如下：第一步查找確認(rèn)輻射源，第二步濾波，第三步吸波，第四步接地，第五步屏蔽，第六步能量分散法。具體思路如下圖所示：

第一步：查找確認(rèn)輻射源的方法有排除法、頻譜分析儀頻點(diǎn)搜索法、元件固有頻率分析法。而排除法包含有拔線法、分區(qū)工作排除法、低電壓小電流的人體觸摸法，區(qū)域屏蔽排除法。元件固有頻率分析法是指對(duì)一些元件的固定頻率及其倍頻頻率分析歸類法，如晶振和 DDR 等元件的工作頻率都是固定的。

第二步：濾波一般分為電容濾波、RC 濾波和 LC 濾波等；

第三步：吸收電磁波方法有電路串聯(lián)磁珠法、繞穿磁環(huán)法和貼吸波材料法。使用吸收電磁波方法時(shí)要特別注意：輻射超標(biāo)電磁波頻率必須在所使用的吸波材料所吸收電磁波頻率范圍之內(nèi)，否則造成吸波法會(huì)失效。

第四步：接地法一般分為單點(diǎn)接地法和多點(diǎn)接地法。

第五步：屏蔽法一般有加屏蔽罩屏蔽法、外殼屏蔽法和PCB 走線布局屏蔽法。

第六步：能量分散法是指一些被測(cè)物的控制軟件可利用展頻和跳頻等技術(shù)對(duì)能量集中的頻段進(jìn)行展寬頻率帶寬和跳變頻率實(shí)現(xiàn)分散頻段能量，從而使附加在單點(diǎn)頻率上的能量降低，也就是起到了單點(diǎn)頻率輻射的電磁波強(qiáng)度降低的功效。故此法對(duì)尖峰毛刺形波形的頻率輻射超標(biāo)會(huì)起到顯著效果，對(duì)包絡(luò)形波形頻率輻射超標(biāo)起不到明顯作用。

這個(gè)EMC整改六步法比較適用于常見(jiàn)電子設(shè)備的整改。但上面的6種方法，其實(shí)天縱君認(rèn)為它們雖有助于提高 EMC 輻射整改效率，節(jié)省周期，快速通過(guò)EMC測(cè)試，但其并不是根本性解決EMC問(wèn)題的方案，EMC的問(wèn)題最理想還是在設(shè)計(jì)端就進(jìn)行考慮，而不是事后用一些“圍追堵截”的方案來(lái)應(yīng)急。

EMC（Electromagnetic Compatibility）即我們常說(shuō)的電磁兼容技術(shù)。它包含了EMI和EMS兩個(gè)部分的要求，即在電氣裝置或系統(tǒng)共同的電磁環(huán)境條件下，既不受電磁環(huán)境的影響，也不會(huì)給環(huán)境以干擾。

EMC整改方法

首先，要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行診斷，分析其干擾源所在及其相互干擾的途徑和方式。再根據(jù)分析結(jié)果，有針對(duì)性的進(jìn)行整改。

一般來(lái)說(shuō)主要的整改方法有如下幾種

1、減弱干擾源在找到干擾源的基礎(chǔ)上，可對(duì)干擾源進(jìn)行允許范圍內(nèi)的減弱，減弱源的方法一般有如下方法：

a、在IC的Vcc和GND之間加去耦電容，該電容的容量在0.01μF到0.1μF之間，安裝時(shí)注意電容器的引線，使它越短越好。

b、在保證靈敏度和信噪比的情況下加衰減器。如VCD、DVD視盤機(jī)中的晶振，它對(duì)電磁兼容性影響較為嚴(yán)重，減少其幅度就是可行的方法之一，但其不是唯一的解決方法。

c、還有一個(gè)間接的方法就是使信號(hào)線遠(yuǎn)離干擾源。

2、電線電纜的分類整理在電子設(shè)備中，線間耦合是一種重要的途徑，也是造成干擾的重要原因，因?yàn)轭l率的因素，可大體分為高頻耦合與低頻耦合。因耦合方式不同，其整改方法也是不同的，下邊分別討論：

（1）低頻耦合是指導(dǎo)線長(zhǎng)度等于或小于1/16波長(zhǎng)的情況，低頻耦合又可分為電場(chǎng)和磁場(chǎng)耦合。

電場(chǎng)耦合的物理模型是電容耦合，因此整改的主要目的是減小分布耦合電容或減小耦合量，可采用如下的方法：

a、增大電路間距是減小分布電容的最有效的方法。

b、追加高導(dǎo)電性屏蔽罩，并使屏蔽罩單點(diǎn)接地能有效的抑制低頻電場(chǎng)干擾。

c、追加濾波器可減小兩電路間的耦合量。

d、降低輸入阻抗，例如CMOS電路的輸入阻抗很高，對(duì)電場(chǎng)干擾極其敏感，可在允許范圍內(nèi)在輸入端并接一個(gè)電容或阻值較低的電阻。

磁場(chǎng)耦合的物理模型是電感耦合，其耦合主要是通過(guò)線間的分布互感來(lái)耦合的，因此整改的主要方法是破壞或減小其耦合量，大體可采用如下的方法：

a　追加濾波器，在追加濾波器時(shí)要注意濾波器的輸入輸出阻抗及其頻率響應(yīng)。

b　減小敏感回路與源回路的環(huán)路面積，即盡量使信號(hào)線或載流線與其回線靠近或扭絞在一體。

c　增大兩電路間距，以便減小線間互感來(lái)減低耦合量。

d　若有可能，盡量使敏感回路與源回路平面正交或接近正交來(lái)降低兩電路的耦合量。

e　用高導(dǎo)磁材料來(lái)包扎敏感線，可有效的解決磁場(chǎng)干擾問(wèn)題，值得注意的是要構(gòu)成閉和磁路，努力減小磁路的磁阻將會(huì)更加有效。

（2）高頻耦合是指長(zhǎng)于1/4波長(zhǎng)的走線由于電路中出現(xiàn)電壓和電流的駐波，會(huì)使耦合量增強(qiáng)，可采用如下的方法加以解決：

a、盡量縮短接地線，與外殼接地盡量采用面接觸的方式。

b、重新整理濾波器的輸入輸出線，防止輸入輸出線間耦合，確保濾波器的濾波效果不變差。

c、屏蔽電纜屏蔽層采用多點(diǎn)接地。

d、將連接器的懸空插針接到地電位，防止其天線效應(yīng)。

3、改善地線系統(tǒng)

理想的地線是一個(gè)零阻抗，零電位的物理實(shí)體，它不僅是信號(hào)的參考點(diǎn)，而且電流流過(guò)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生電壓降。在具體的電氣電子設(shè)備中，這種理想地線是不存在的，當(dāng)電流流過(guò)地線時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生電壓降。據(jù)此可根據(jù)地線中干擾形成機(jī)理可歸結(jié)為以下兩點(diǎn)，第一，減小低阻抗和電源饋線阻抗。第二，正確選擇接地方式和阻隔地環(huán)路，按接地方式來(lái)分有懸浮地、單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地、混合接地。如果敏感線的干擾主要來(lái)自外部空間或系統(tǒng)外殼，此時(shí)可采用懸浮地的方式加以解決，但是懸浮地設(shè)備容易產(chǎn)生靜電積累，當(dāng)電荷達(dá)到一定程度后，會(huì)產(chǎn)生靜電放電，所以懸浮地不宜用于一般的電子設(shè)備。單點(diǎn)接地適用于低頻電路，為防止工頻電流及其他雜散電流在信號(hào)地線上各點(diǎn)之間產(chǎn)生地電位差，信號(hào)地線與電源及安全地線隔離，在電源線接大地處單點(diǎn)連接。單點(diǎn)接地主要適用于頻率低于3MHz的情況。多點(diǎn)接地是高頻信號(hào)唯一實(shí)用的接地方式，在射頻時(shí)會(huì)呈現(xiàn)傳輸線特性，為使多點(diǎn)接地的有效性，當(dāng)接地導(dǎo)體長(zhǎng)度超過(guò)最高頻率1/8波長(zhǎng)時(shí)，多點(diǎn)接地需要一個(gè)等電位接地平面。多點(diǎn)接地適用于300KHz以上。混合接地適用于既然有高頻又有低頻的電子線路中

4、屏蔽

屏蔽是提高電子系統(tǒng)和電子設(shè)備電磁兼容性能的重要措施之一，它能有效的抑制通過(guò)空間傳播的各種電磁干擾。屏蔽按機(jī)理可分為磁場(chǎng)屏蔽與電場(chǎng)屏蔽及電磁屏蔽。電場(chǎng)屏蔽應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

A、選擇高導(dǎo)電性能的材料，并且要有良好的接地。

B、正確選擇接地點(diǎn)及合理的形狀，最好是屏蔽體直接接地。磁場(chǎng)屏蔽通常只是指對(duì)直流或甚低頻磁場(chǎng)的屏蔽，其屏蔽效能遠(yuǎn)不如電場(chǎng)屏蔽和電磁屏蔽，磁屏蔽往往是工程的重點(diǎn)，磁屏蔽時(shí)：

a、要選用鐵磁性材料。

b、磁屏蔽體要遠(yuǎn)離有磁性的元件，防止磁短路。

c、可采用雙層屏蔽甚至三層屏蔽。

d、屏蔽體上邊的開(kāi)孔要注意開(kāi)孔的方向，盡可能使縫的長(zhǎng)邊平行于磁通流向，使磁路長(zhǎng)度增加最少。一般來(lái)說(shuō)，磁屏蔽不需要接地，但為防止電場(chǎng)感應(yīng)，還是接地為好。電磁場(chǎng)在通過(guò)金屬或?qū)﹄姶艌?chǎng)有衰減作用的阻擋體時(shí)，會(huì)受到一定程度的衰減，即產(chǎn)生對(duì)電磁場(chǎng)的屏蔽作用。在實(shí)際的整改過(guò)程中視具體需要而定選擇何種屏蔽及屏蔽體的形狀、大小、接地方式等。

5、改變電路板的布線結(jié)構(gòu)

有些頻率點(diǎn)是通過(guò)電路板上走線分布參數(shù)所決定的，通過(guò)前述方法不大有用，此類整改通過(guò)在走線中增加小的電感、電容、磁珠來(lái)改變電路參數(shù)結(jié)構(gòu)，使其移到限值要求較高的頻率點(diǎn)上。對(duì)于這類干擾，要想從根本上解決其影響，就要重新布線。

小結(jié)：總之前面幾種方法對(duì)提高電磁兼容性都有好處，但應(yīng)用最為廣泛的是改變地線結(jié)構(gòu)及電線電纜的分類整理的方法，這些方法不僅節(jié)約成本，而且是最有效的整改方法。屏蔽雖然會(huì)增加成本，但是其所起到的屏蔽效能有時(shí)是其它方法無(wú)法媲美的。所以，在實(shí)際的整改中應(yīng)以改變地線結(jié)構(gòu)、電線電纜的分類整理、屏蔽的方法為主，以其它方法為輔。

EMC領(lǐng)域的三個(gè)重要規(guī)律和EMC問(wèn)題三個(gè)要素

一、EMC三個(gè)重要規(guī)律

規(guī)律一、EMC費(fèi)效比關(guān)系規(guī)律：EMC問(wèn)題越早考慮、越早解決，費(fèi)用越小、效果越好。

在新產(chǎn)品研發(fā)階段就進(jìn)行EMC設(shè)計(jì)，比等到產(chǎn)品EMC測(cè)試不合格才進(jìn)行改進(jìn)，費(fèi)用可以大大節(jié)省，效率可以大大提高；反之，效率就會(huì)大大降低，費(fèi)用就會(huì)大大增加。 經(jīng)驗(yàn)告訴我們，在功能設(shè)計(jì)的同時(shí)進(jìn)行EMC設(shè)計(jì)，到樣板、樣機(jī)完成則通過(guò)EMC測(cè)試，是最省時(shí)間和最有經(jīng)濟(jì)效益的。相反，產(chǎn)品研發(fā)階段不考慮EMC，投產(chǎn)以后發(fā)現(xiàn)EMC不合格才進(jìn)行改進(jìn)，非但技術(shù)上帶來(lái)很大難度、而且返工必然帶來(lái)費(fèi)用和時(shí)間的大大浪費(fèi)，甚至由于涉及到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)的缺陷，無(wú)法實(shí)施改進(jìn)措施，導(dǎo)致產(chǎn)品不能上市。

工程師在整改測(cè)試中

天縱檢測(cè)在實(shí)際檢測(cè)工作中經(jīng)常碰到的情況是：通過(guò)“圍追堵截”的方法通過(guò)相關(guān)EMC測(cè)試和認(rèn)證的強(qiáng)制要求，但這樣的產(chǎn)品在實(shí)際生產(chǎn)的可生產(chǎn)性和產(chǎn)品實(shí)際適用性接近于零。這就造成實(shí)驗(yàn)室樣品和實(shí)際成品是不一致的，EMC的整改成了“掩耳盜鈴”的擺設(shè)了，因此真正要考量EMC問(wèn)題是要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮進(jìn)去的，而不應(yīng)該把主要對(duì)策放在產(chǎn)品測(cè)試階段。

規(guī)律二、高頻電流環(huán)路面積S越大， EMI輻射越嚴(yán)重。高頻信號(hào)電流流經(jīng)電感最小路徑。當(dāng)頻率較高時(shí)， 一般走線電抗大于電阻，連線對(duì)高頻信號(hào)就是電感，串聯(lián)電感引起輻射。電磁輻射大多是EUT被測(cè)設(shè)備上的高頻電流環(huán)路產(chǎn)生的，最惡劣的情況就是開(kāi)路中的“天線形式”。對(duì)應(yīng)處理方法就是減少、減短連線，減小高頻電流回路面積，盡量消除任何非正常工作需要的“天線”，如不連續(xù)的布線或有天線效應(yīng)之元器件過(guò)長(zhǎng)的插腳。減少輻射騷擾或提高射頻輻射抗干擾能力的最重要任務(wù)之一，就是想方設(shè)法減小高頻電流環(huán)路面積S。 在天縱檢測(cè)實(shí)踐中一些具體方法就是處理好接地問(wèn)題（電源地與信號(hào)地）。

規(guī)律三、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。減少輻射騷擾或提高射頻輻射抗干擾能力的最重要途徑之二，就是想方設(shè)法減小騷擾源高頻電流頻率f，即減小騷擾電磁波的頻率f。 關(guān)于這個(gè)f規(guī)律，天縱經(jīng)驗(yàn)上看很多是因?yàn)槠帘魏屯鈿ぴO(shè)計(jì)或做工造成的，因?yàn)轭l率越高，波長(zhǎng)越小，越是容易從外殼或屏蔽體的小縫隙中泄露出來(lái)。

二、EMC問(wèn)題三要素

開(kāi)關(guān)電源及數(shù)字設(shè)備由于脈沖電流和電壓具有很豐富的高頻諧波，因此會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的輻射。電磁干擾包括輻射型（高頻） EMI、傳導(dǎo)型（低頻）EMI，即產(chǎn)生EMC問(wèn)題主要通過(guò)兩個(gè)途徑：一個(gè)是空間電磁波干擾的形式;另一個(gè)是通過(guò)傳導(dǎo)的形式，換句話說(shuō)，產(chǎn)生EMC問(wèn)題的三個(gè)要素是：電磁干擾源、耦合途徑、敏感設(shè)備。輻射干擾主要通過(guò)殼體和連接線以電磁波形式干擾空間電磁環(huán)境；傳導(dǎo)干擾是通過(guò)電源線騷擾公共電網(wǎng)或通過(guò)其他端子（如：射頻端子，輸入端子）影響相連接的設(shè)備。

T、AV設(shè)備可能的騷擾源：

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

B） 開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)脈沖及高次諧波，同步信號(hào)方波及高頻諧波，行掃描顯像電路產(chǎn)生的行、場(chǎng)信號(hào)及高頻諧波；

C） 數(shù)字電路工作需要的各種時(shí)鐘信號(hào)及高頻諧波、以及它們的組合，各種時(shí)鐘如CPU芯片工作時(shí)鐘、解碼器工作時(shí)鐘、視頻同步時(shí)鐘等；

D） 數(shù)字信號(hào)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(wú)用信號(hào)、雜散信號(hào)；

E） 非正弦波波形，波形毛剌、過(guò)沖、振鈴，電路設(shè)計(jì)存在的寄生頻率點(diǎn)。

F） 對(duì)于敏感受體通過(guò)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(chǎng)。

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(shí)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(diǎn)；

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

⑤ 騷擾途徑：輻射，傳導(dǎo)，耦合和輻射、傳導(dǎo)、耦合的組合。

⑥ 電源線傳導(dǎo)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。

真?zhèn)饕痪湓?，假傳萬(wàn)卷書。我們清楚了EMC中的三個(gè)規(guī)律和三個(gè)要素，會(huì)使得EMC問(wèn)題變得簡(jiǎn)單和有規(guī)可循。了解了EMC的規(guī)律和傳播要素，其實(shí)解決EMC問(wèn)題的方法和思路也就清晰明了了，我們只要中斷其中的一個(gè)因素，EMC問(wèn)題必然都能得到很大的改良。
責(zé)任編輯；zl