設計磁防護電路中EMC/EMI解決方案與設計經驗

隨著電氣電子技術的發展，家用電器產品日益普及和電子化，廣播電視、郵電通訊和計算機及其網絡的日益發達，電磁環境日益復雜和惡化，使我們逐漸關注設備的工作環境，日益關注電磁環境對電子設備的影響，電氣電子產品的電磁干擾(EMI)和電磁兼容性(EMC)的問題越來越受到工程師和生產企業的重視。

靜電防護(ESD)找到被保護對象很重要

在設計電磁防護電路中，工程師要清楚的知道在系統里要保護什么？找到被保護的對象很重要，如何在10000個器件中找到哪些是核心的，哪些是容易受干擾的？當找到了被保護的電路，就要開始進行靜電分析，是哪種靜電讓它失效的?是什么原因?分析完種種原因后就要進行靜電防護措施，選用對應的器件。

傳導性ESD防護：對靜電電流在電路中防護主要使用一些保護器件，在敏感器件前端構成保護電路，引導或耗散電流。此類保護器件有：陶瓷電容，壓敏電阻，TVS管等。

輻射性ESD防護：對于靜電產生的場對敏感電路產生影響，防護方法主要是盡量減少場的產生和能量，通過結構的改善增加防護能力，對敏感線路實施保護。對場的保護通常比較困難，在改良實踐中探索出了一種叫做等位體的方法。通過有效地架接，是殼體形成電位相同體，抑制放電。事實證明此種方式有效易于實施。

防護靜電的一般方法(前三條是針對直接放電，后兩條是針對關聯場的耦合)

減少靜電的積累;

使產品絕緣，防止靜電發生;

對敏感線路提供支路分流靜電電流;

對放電區域的電路進行屏蔽;

減少環路面積以保護電路免受靜電放電產生的磁場的影響。

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?下面是電子元件技術網為你整理的“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(SpreaDSPectrum)、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(PowerTrace)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DeCapbypasstoGround,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(CommonModeFilter)。

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。

改進手機靈敏度的EMC的四大解決方案

電子產品現在是高性能化發展，這就導致了電子設備里面很復雜的變化。比如說手機，它的IC工作電壓越來越低，能量越來越小，智能手機，包括PC，無線電路，會出現一個相關的干擾。第三個就是接口通訊的速度越來越高。第四個是汽車應用中電子控制越來越多。這些都導致我們的電子版變得越來越復雜，也就使得我們的方法變得越來越重要。我們相信這種變化本身在不斷變化之后，產生的需求會越來越多。

電子產品市場、安規與測試趨勢

電磁兼容標準其實IEC分基礎標準、通用標準和產品標準三大類。基礎標準分為發射標準和抗擾度標準。通用標準將環境分為A、B兩大類，A類屬于工業區，B類就是民用，因此我們應該清楚哪個才是你真正要達到的指標。對于某種產品，如果既沒有產品EMC標準，又沒有適用的產品類EMC標準，則應采用通用EMC標準。一個產品標準優先采用，然后是產品類標準你去接近考核。對某種產品如果我們沒EMC標準又沒有適當的產品類標準，就用通用的標準。