從電磁感應認識開始電磁兼容設計

一個好的電子產品，除了產品自身的功能以外，電路設計（ECD）和電磁兼容設計（EMCD）的技術水平，對產品的質量和技術性能指標起到非常關鍵的作用。很多人從事電子線路設計的時候，都是從認識電子元器件開始，但從事電磁兼容設計的時候卻無從下手。實際上從事電磁兼容設計是從電磁場理論開始，即從電磁感應認識開始…

試想一下，多個電子設備在同一空間工作時，在其周圍會產生一定強度的電磁場，在場或者人為的作用下，各種干擾會通過傳導、輻射等途徑對設備進行干擾，使得系統變得不穩定，甚至出現死機現象——罪魁禍首是電磁干擾。

電磁干擾普遍存在于電子產品，不僅是設備之間的相互影響，同時也存在于元件與元件之間，系統與系統之間，其主要的兩種途徑為傳導干擾和輻射干擾，而傳導干擾又細分為共模干擾差模干擾。引起干擾的原因種類復雜，其核心為靜電放電干擾。如何確保系統的穩定工作而不受外界影響？下面是“三步走”法則，為徹底解決靜電放電干擾提供必要的寶典，以提高設計效率。

降低輻射干擾的三大對策

1、一個是屏蔽，另一個是減小各個電流回路的面積（磁場干擾），和帶電導體的面積及長度（電場干擾）。

2、當載流體的長度正好等于干擾信號四分之一波長的整數倍的時候，干擾信號會在電路中產生諧振，這時輻射干擾最強，這種情況應盡量避免。

3、磁場輻射干擾主要是流過高頻電流回路產生的磁通竄到接收回路中產生的，因此，要盡量減小流過高頻電流回路的面積和接收回路的面積。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、布線、搭接等層面來防治。

電磁屏蔽法大部份是用來屏蔽300MHz以上的電磁噪聲，此外，運用遮蔽復合材料也是常見的手法，例如手機就常見以真空電鍍方式，在塑料殼內部布滿一層如鎳之類的屏蔽材質，藉此隔絕電磁波發散。

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已提供內建的擴頻功能，可讓用戶自行設定。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。

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，所以最為一般設計工程師采用。濾波器的使用機會和模式根據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噪聲信號；CMF則用來抑制USB、1394、LVDS等差模線路的噪聲幅射問題。

不過，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。

幅射傳導EMI棘手問題，解決方式歸納出下列幾種：

1. 在干擾源加LC濾波回路。

2. 在I/O端加上DeCap by pass to Ground, 把噪聲導入大地。

3. 用遮蔽隔離（Shielding）的方式把電磁波包覆在遮蔽罩內。4. 盡量將PCB的地面積擴張。

5. 產品內部盡量少使用扁平電纜或實體線。

6. 產品內部的實體線盡量做成絞線以抑制噪聲幅射，同時在扁平電纜的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. 遵循一定的模擬和數字布線原則。

此外，EMI的形成又可分為共模幅射和差模幅射兩類。共模幅射包括共地阻抗之共模干擾和電磁場對導線的共模干擾，前者是因噪聲產生源與受害電路間共享同一接地電阻所產生的共模干擾，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備間之配線所造成的干擾，可藉由遮蔽隔離的因應方法來處理場對線的干擾問題。

至于差模幅射，常見的是導線對導線的差模干擾，干擾途徑為某一導線內的干擾噪聲感染到其他導線而饋入受害電路，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。