EMC問題三要素
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201610/305643.htm開關電源及數字設備由於脈衝電流和電壓具有很豐富的高頻諧波，因此會產生很強的輻射。電磁幹擾包括輻射型(高頻) EMI、傳導型(低頻)EMI，即產生EMC問題主要通過兩個途徑:一個是空間電磁波幹擾的形式;另一個是通過傳導的形式，換句話說，產生EMC問題的三個要素是：電磁幹擾源、耦合途徑、敏感設備。輻射幹擾主要通過殼體和連接線以電磁波形式汙染空間電磁環境;傳導幹擾是通過電源線騷擾公共電網或通過其他端子(如：射頻端子，輸入端子)影響相連接的設備。
傳導、輻射
騷擾源-----------------------------(途徑)------------------------------ 敏感受體
近場耦合
IT、AV設備可能的騷擾源
A) FM接收機、TV接收機本機振蕩，基波及諧波由高頻頭、本機振蕩電路產生;
B) 開關電源的開關脈衝及高次諧波，同步信號方波及高頻諧波，行掃描顯像電路產生的行、場信號及高頻諧波;
C) 數字電路工作需要的各種時鐘信號及高頻諧波、以及它們的組合，各種時鐘如CPU晶片工作時鐘、MPEG解碼器工作時鐘、視頻同步時鐘(27MHz，16.9344MHz ，40.5MHz)等;
D) 數位訊號方波及高頻諧波，晶振產生的高次諧波，非線性電路現象(非線性失真、互調、飽和失真、截止失真)等引起的無用信號、雜散信號;
E) 非正弦波波形，波形毛剌、過衝、振鈴，電路設計存在的寄生頻率點。
F) 對於敏感受體通過耦合途徑接受的外部騷擾包括浪湧、快速脈衝群、靜電、電壓跌落、電壓變化和各種電磁場。
電磁騷擾的特性
① 單位脈衝的頻譜最寬;
② 頻譜中低頻含量取決於脈衝的面積，高頻分量取決於脈衝前後沿的陡度;
③ 晶體振蕩電平必須滿足一定幅度, 數字電路才能按一定的時序工作，使晶振產生的騷擾呈現覆蓋帶
寬、騷擾電平高的特點;
④ 收發天線極化、方向特性相同時，EMI輻射和接受最嚴重;收發天線面積越大, EMI危害逾大;
⑤ 騷擾途徑：輻射，傳導，耦合和輻射、傳導、耦合的組合。
⑥ 電源線傳導騷擾主要由共模電流產生;
⑦ 輻射騷擾主要由差模電流形成的環路產生。
一般來說，EMC設計可分五個層次。以下為五個層次EMC設計要點：
1)的方案選擇、主要部件、集成電路的選型、電路和機械結構設計;
對於產品的成功與否，第一層次設計是最基本、最重要的，任何錯誤都意味著該產品項目徹底失敗。這一層主要EMC考慮體現在：
a) 方案選擇、主要部件、集成電路的選型主要考慮減少輻射騷擾或提高射頻輻射抗幹擾能力，儘量選用本身發射小的晶片，如翻轉時間長、工作速率低的器件，多地線腳的晶片(晶片實質就是集成度較高的電路模塊，封裝時多裝地線腳，可以減小高速差模電流環面積S，相應地減小晶片的發射);避免使用大功率、高損耗器件，它們往往是大的輻射源;
b) 保證所選器件不工作在非線性區，以免產生諧波分量成為幹擾源。
c) 電路和機械結構設計除考慮減少輻射騷擾或提高射頻輻射抗幹擾能力外，主要考慮電源電路防外部騷擾包括浪湧、快速脈衝群、靜電、電壓跌落、電壓變化等;
d) 電路設計或方案應不使數位訊號波形產生過衝，應使無用的諧波振蕩幅度最小，使無用的高次諧波成分最少，避免引發強烈的電磁騷擾;
e) 對集總參數電路，增加阻尼、 減小Q值，防止振蕩;
2)PCB的EMC設計;
對於產品的成功與否， PCB的EMC設計是重要的一環。PCB設計不合理，會產生無法補救的後果;
PCB良好的EMC設計，有事半功倍的效果。PCB的EMC設計應遵循以下內容：
a) 儘量減小所有的高速信號及時鐘信號線構成的環路面積，連接線要儘可能短，並使信號線緊鄰地迴路;
b) 使用小型化器件和多層線路板，多層印製板可緊縮布線空間，高頻特性好，容易實現EMC;
c) 印製板層數選擇考慮關鍵信號的屏蔽和隔離要求，先確定所需信號層數，然後考慮成本的前提下，增加地平面和電源層是PCB EMC設計最好的措施之一;
d) 印製板分層原理與布置印刷電路、布置排線的原理一樣，元件面下面為地平面，關鍵電源平面與其對應的地平面相鄰，相鄰層的關鍵信號不跨區，所有的信號層特別是高速信號、時鐘信號與地平面相鄰，儘量避免兩信號層相鄰;
e) 個別電源層、地層不能作為一個連續的平面時，採用多網孔連接形成地格蜂窩網，有效減小電流環路面積，減小公共阻抗R，加大信號與地層分布電容;
f) 線路板布線設計時順序考慮：電源和地/時鐘線/信號線，布線應該短、直、粗、勻，不要直角和突變，不應有「之」字形，用圓角代替尖銳走線，儘可能加寬電源和地的布線，電源和地層的分割，儘量符合微帶線和帶狀線要求;
g) 走線儘可能遠離騷擾源，布線考慮鐵氧體材料的使用，預留磁珠和貼片濾波器的位置，以備按需加減;
3)電與接地、高速信號線路及內部線纜的EMC設計;
PCB的EMC設計中也提到供電與接地、高速信號線路的EMC設計，此外，還應遵循以下內容：
a)晶片間使用低阻抗地連接(地平面)，不同晶片供電腳間阻抗儘量小，晶片供電腳(意思是離晶片供電腳很近的供電線上)與地間接高頻旁路電容，供電布線預留磁珠和貼片濾波器的位置，以備按需加減;
b) 布線、I/O排線的核心原則就是減小電流環面積S,布置排線的原理與印製板分層原理一樣，關鍵電源線與其對應的地線相鄰，所有的信號層特別是高速信號、時鐘信號線與地線相鄰，儘量避免兩信號線相鄰;
c) 為避免接地線長度過長(接近λ/4)，可採用多點就近接地，接地線高頻阻抗要小;
d) 減小電纜的天線效應及減小偶極子天線效應，跨線、I/O排線採用屏蔽性能好的線纜，內導線採用多股雙絞線，使空間場互抵，屏蔽層可作為回線;
e) 機內採用屏蔽線防止感應噪聲;
f) 濾波器的輸入輸出線應拉開距離，忌並行走線，以免影響濾波效果;
h) I/O接口注意高速電路阻抗匹配，減小、消除反射;
4) 屏蔽設計;
屏蔽好的要求有三：完整的電連續體;濾波措施;良好的接地。
對於信息技術IT類設備,當主板及配置選定的情況下,提高整機的屏蔽效果和各個部分的隔離效果非常重要，尤其個人計算機和液晶顯示器。這裡只說屏蔽設計:
a)計算機機殼內騷擾場強較大，機殼塑料部分未塗導電材料或所塗導電材料不佳，機箱有孔洞、縫隙，不
是一個完整電連續體，進出線濾波不好，最終都可導致輻射騷擾超出限值。機箱為了更好屏蔽電磁輻射，既能照顧到機箱的散熱需求，又能有效地防止電磁波的衍射，開孔尺寸一般不超過4mm;
b) 根據產品實際進行屏蔽設計，埠、通風孔、孔洞、連接縫隙的屏蔽性都是值得考
慮的因素;
c) 液晶顯示器為了更好屏蔽電磁輻射可以採用噴塗導電材料的外殼(接縫處要噴塗導電材料);
d) 為了將輻射減到最小，儘量使用通過了CQC (EMC方面)自願認證的機箱;
e) 為保證機箱的密封性，要使用精密模具衝壓成型，設計適當的彈點和卷邊;
f) 變壓器加靜電屏蔽及接地等
5)輸入/輸出的濾波設計
電源線濾波和信號線濾波的重要性並不亞於機箱屏蔽，濾波關鍵是針對EMC要求，兼顧達標和經濟的原則。在I/O接口部位，一般採用高頻濾波效果好、安裝簡單的濾波連接器。在電纜上纏繞或套用鐵氧體磁環也能起到一定的濾波吸波作用。設計或使用信號線濾波器時，濾波器的截止頻率須高於電纜上要傳輸的信號頻率。
a)傳導騷擾問題處理的方法主要是低通濾波。在1MHz以上時，傳導發射問題通常是由輻射發射的耦合而引起的，須綜合運用抑制傳導發射和輻射發射的技術措施，如屏蔽、去耦和濾波;
右圖是一個高性能電源濾波電路，有二級共模和一級差模濾波，共模和差模騷擾抑制能力較強，適用於要求抑制較強騷擾發射的場合。
b)濾波電路的衰減性能與源和負載的阻抗關係很大，失配越大，濾波器衰減電磁騷擾的效果越好。大多數情況下，電源線表現為低阻抗，則濾波器的輸入端應為高阻抗。另一方面，設備既可能為高阻抗，也可能為低阻抗。對於線性電源高阻抗，為獲得阻抗失配，負載端應設計為低阻抗。對於開關電源和同步電機這樣的低阻抗設備，負載端設計為高阻抗。
c) 減共模和差模電容，加減共模和差模線圈，調整電容參數和線圈匝數，共模和差模插入損耗對頻率的曲線都可改變。濾波器的洩漏電流是指相線和中線與外殼地之間流過的電流。它主要取決於連接在相線與地和中線與地間的共模電容。
共模電容的容量越大，共模阻抗越小，共模騷擾抑制效果越好，但安全標準規定洩漏電流不能過大。
d) 電源濾波器安裝位置應靠近電源線入口處，如能做成與接口一體化更好。對於金屬屏蔽機箱，選用獨立電源屏蔽濾波器，安裝在電源線入口處，並確保濾波器外殼與設備機箱(地)良好電接觸，這樣的效果是最好的。濾波器接地通常固定在電纜出口處的公共地金屬構件上。