EMC: 突破產品設計的攔路虎

2021-01-08 阿旭的世界

做電路設計的朋友應該都知道EMC是什麼,中文名叫做電磁兼容性,從百度上找到的定義是:電磁兼容性EMC(Electro Magnetic Compatibility),是指設備或系統在其電磁環境中符合要求運行並不對其環境中的任何設備產生無法忍受的電磁幹擾的能力。這個能力決定了電子產品是否可以在預期使用環境中的運行狀態和安全性,如果不能夠很好地理解其中的設計要點,那麼它將是你設計過程中的攔路虎。

實際工作過程中,作為設計者通常都會按照已有的設計習慣和準則來進行產品設計,比方說,晶片之間的電路走線儘量短一些,晶振的鋪地,屏蔽設計等等,這些設計準則很多人能夠滔滔不絕的講上一個小時,但是實際操作的效果卻大相逕庭,這個是為什麼呢?

說實話,到目前為止,我也不能很準確的定位具體的原因,只能總體上講,我們的設計者可能忽略了產品的整體性,過分的執著於局部設計,要知道我們的產品其實是由各種功能和部件構成的系統工程,既要關注細節,又要總攬全局,有時候需要為了全局而修改局部的某些設計。

拿我之前的一個設計錯誤來講解可能會更加直觀,也希望能夠作為大家從事設計實踐的反面教材,至少可以做一個參考。大概從事設計工作3個年頭,一天公司安排了一個我認為很小的一個電路設計的工作,一個類似U盤大小的電路板,上面由一個採集模塊和一個隔離晶片,用USB接口上傳數據並獲取電源供電。我沒有多想,用了不到10分鐘把電路板設計完成,丟到加工廠了,等待回來試裝。

加工回來的樣品試裝很不錯,嚴絲合縫,我興高採烈地拿起設備交給了測試的同事,讓他拿著產品去檢驗所做EMC,我感覺這麼個小東西再怎麼樣也不會有多大的輻射,通過監測可以說是易如反掌,可惜我失算了,結果糟糕到一塌糊塗,我很是吃驚。

好在我們公司那時候從高校找來了一位很有經驗的老教授,當時他已經70多歲了,從老教授的身上我們學會了不少的設計經驗,他拿起了我的電路板看了一下,對我的設計提出很寶貴的建議,首先電路板雖然很小,走線不多,但是我沒有意識到外圍的線纜比較長,加上電路上的隔離晶片有很高的內部時鐘,沒有做輸入輸出防護的電路很容易產生輻射,這就是我前面提到的全局看問題的觀點。

作為經驗分享,我很願意把教授的改進建議分享給大家,首先基本原則是:一、環路面積為零,也就是說任何線路的回流面要做到最小,這樣會儘可能地避免形成迴路而導致不希望地信號輻射;二、儘量降低供電電源地噪聲紋波,紋波可以說是整個電路地噪聲產生源,裡面夾雜著很多的頻率成分,在進行電路設計的過程中一定要儘可能抑制掉這些不需要的成分。

除了需要注意地兩個基本原則以外,還需要對電路板地輸入輸出增加方會,比如說信號線地輸入輸出增加磁珠,電源如果電流不是很大可以採用磁珠加電容方式,這樣可以吸收電路板輸出的噪聲信號,也可以濾掉外部環境耦合到線纜的信號,按照教授的改進意見,我又更新了一般設計,測試結果很好,優於規定指標10%,很有成就感。

總體上來說,EMC設計是一個很注重整體性的學問,需要不斷地經驗積累和嘗試,不見得每一個改進的方法都可以起到效果,需要從實際產品和設計地角度去分析和琢磨,想要戰勝這支攔路虎並不容易。

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