工程師EMC應(yīng)用設(shè)計(jì)秘籍（一）

　　電子發(fā)燒友網(wǎng)按：工程師在進(jìn)行電子設(shè)計(jì)方案過程中越來越不能忽視EMC/EMI規(guī)范化設(shè)計(jì)了，它需要工程師在設(shè)計(jì)之初就進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)！在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段，主要針對(duì)產(chǎn)品需要滿足EMC法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)產(chǎn)品采用什么屏蔽設(shè)計(jì)方案、選擇什么屏蔽材料，以及材料的厚度提出設(shè)計(jì)方案，另外對(duì)屏蔽體之間的搭接設(shè)計(jì)，縫隙設(shè)計(jì)考慮，同時(shí)重點(diǎn)考慮接口連接器與結(jié)構(gòu)件的配合。 為幫助工程師在設(shè)計(jì)過程中排憂解難，電子發(fā)燒友網(wǎng)特整合優(yōu)質(zhì)資源推出《工程師EMC應(yīng)用設(shè)計(jì)秘籍》技術(shù)系列文章，其余章節(jié)將會(huì)陸續(xù)發(fā)布，敬請(qǐng)廣大工程師關(guān)注和留意！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)上帶來很大難度、而且返工必然帶來費(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，無法實(shí)施改進(jìn)措施，導(dǎo)致產(chǎn)品不能上市。

　　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路之天線形式。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)之元器件過長的插腳。

　　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。

　　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。

二、電磁兼容(EMC)元器件的正確選型和應(yīng)用技巧

　　我們通過一些圖片，直觀的系統(tǒng)的回顧電磁兼容的含義、電磁干擾的三要素以及抑制電磁干擾的原理。再根據(jù)EMC設(shè)計(jì)原理和元器件不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主要講解不同元器件在EMC設(shè)計(jì)中的選擇及應(yīng)用技巧，對(duì)EMC設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)作用。

　　電磁兼容的定義

　　電磁干擾的三要素

　　抑制電磁干擾的原理

　　EMC主要解決方法 預(yù)防比屏蔽更加有效

　　電磁兼容性元器件是解決電磁干擾發(fā)射和電磁敏感度問題的關(guān)鍵，正確選擇和使用這些元器件是做好電磁兼容性設(shè)計(jì)的前提。因此，我們必須深入掌握這些元器件，這樣才有可能設(shè)計(jì)出符合標(biāo)準(zhǔn)要求、性能價(jià)格比最優(yōu)的電子、電氣產(chǎn)品。而每一種電子元件都有它各自的特性，因此，要求在設(shè)計(jì)時(shí)仔細(xì)考慮。接下來我們將討論一些常見的用來減少或抑制電磁兼容性的電子元件和電路設(shè)計(jì)技術(shù)。

　　元件組

　　有兩種基本的電子元件組：有引腳的和無引腳的元件。有引腳線元件有寄生效果，尤其在高頻時(shí)。該引腳形成了一個(gè)小電感，大約是1nH/mm/引腳。引腳的末端也能產(chǎn)生一個(gè)小電容性的效應(yīng)，大約有4pF。因此，引腳的長度應(yīng)盡可能的短。與有引腳的元件相比，無引腳且表面貼裝的元件的寄生效果要小一些。其典型值為：0.5nH的寄生電感和約0.3pF的終端電容。

　　從電磁兼容性的觀點(diǎn)看，表面貼裝元件效果最好，其次是放射狀引腳元件，最后是軸向平行引腳的元件。

　　一、EMC元件之電容

　　在EMC設(shè)計(jì)中，電容是應(yīng)用最廣泛的元件之一，主要用于構(gòu)成各種低通濾波器或用作去耦電容和旁路電容。大量實(shí)踐表明：在EMC設(shè)計(jì)中，恰當(dāng)選擇與使用電容，不僅可解決許多EMI問題，而且能充分體現(xiàn)效果良好、價(jià)格低廉、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。若電容的選擇或使用不當(dāng)，則可能根本達(dá)不到預(yù)期的目的，甚至?xí)觿?EMI程度。

　　從理論上講，電容的容量越大，容抗就越小，濾波效果就越好。一些人也有這種習(xí)慣認(rèn)識(shí)。但是，容量大的電容一般寄生電感也大，自諧振頻率低(如典型的陶瓷電 容，0.1μF的f0=5 MHz，0.01μF的f0=15 MHz，0.001μF的f0=50 MHz)，對(duì)高頻噪聲的去耦效果差，甚至根本起不到去耦作用。分立元件的濾波器在頻率超過10 MHz時(shí)，將開始失去性能。元件的物理尺寸越大，轉(zhuǎn)折點(diǎn)頻率越低。這些問題可以通過選擇特殊結(jié)構(gòu)的電容來解決。

　　貼片電容的寄生電感幾乎為零，總的電感也可以減小到元件本身的電感，通常只是傳統(tǒng)電容寄生電感的1/3~1/5，自諧振頻率可達(dá)同樣容量的帶引線電容的2倍(也有資料說可達(dá)10倍)，是射頻應(yīng)用的理想選擇。

　　傳統(tǒng)上，射頻應(yīng)用一般選擇瓷片電容。但在實(shí)踐中，超小型聚脂或聚苯乙烯薄膜電容也是適用的，因?yàn)樗鼈兊某叽缗c瓷片電容相當(dāng)。

　　三端電容能將小瓷片電容頻率范圍從50 MHz以下拓展到200 MHz以上，這對(duì)抑制VHF頻段的噪聲是很有用的。要在VHF或更高的頻段獲得更好的濾波效果，特別是保護(hù)屏蔽體不被穿透，必須使用饋通電容。
　　二、EMC元件之電感

　　電感是一種可以將磁場(chǎng)和電場(chǎng)聯(lián)系起來的元件，其固有的、可以與磁場(chǎng)互相作用的能力使其潛在地比其他元件更為敏感。和電容類似，聰明地使用電感也能解決許多 EMC問題。下面是兩種基本類型的電感：開環(huán)和閉環(huán)。它們的不同在于內(nèi)部的磁場(chǎng)環(huán)。在開環(huán)設(shè)計(jì)中，磁場(chǎng)通過空氣閉合;而閉環(huán)設(shè)計(jì)中，磁場(chǎng)通過磁芯完成磁路，如下圖所示。

　　電感中的磁場(chǎng)

　　電感比起電容一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它沒有寄生感抗，因此其表面貼裝類型和引線類型沒有什么差別。

　　開環(huán)電感的磁場(chǎng)穿過空氣，這將引起輻射并帶來電磁干擾(EMI)問題。在選擇開環(huán)電感時(shí)，繞軸式比棒式或螺線管式更好，因?yàn)檫@樣磁場(chǎng)將被控制在磁芯(即磁體內(nèi)的局部磁場(chǎng))。

　　開環(huán)電感

　　對(duì)閉環(huán)電感來說，磁場(chǎng)被完全控制在磁心，因此在電路設(shè)計(jì)中這種類型的電感更理想，當(dāng)然它們也比較昂貴。螺旋環(huán)狀的閉環(huán)電感的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是：它不僅將磁環(huán)控制在磁心，還可以自行消除所有外來的附帶場(chǎng)輻射。

　　電感的磁芯材料主要有兩種類型：鐵和鐵氧體。鐵磁芯電感用于低頻場(chǎng)合(幾十KHz)，而鐵氧體磁芯電感用于高頻場(chǎng)合(到MHz)。因此鐵氧體磁芯電感更適合于EMC應(yīng)用。

　　在EMC應(yīng)用中特別使用了兩種特殊的電感類型：鐵氧體磁珠和鐵氧體磁夾。鐵和鐵氧體可作電感磁芯骨架。鐵芯電感常應(yīng)用于低頻場(chǎng)合(幾十KHz)，而鐵氧體芯電感常應(yīng)用于高頻場(chǎng)合(MHz)。所以鐵氧芯感應(yīng)體更適合于EMC應(yīng)用。

　　三、濾波器結(jié)構(gòu)的選擇

　　EMC設(shè)計(jì)中的濾波器通常指由L，C構(gòu)成的低通濾波器。不同結(jié)構(gòu)的濾波器的主要區(qū)別之一，是其中的電容與電感的聯(lián)接方式不同。濾波器的有效性不僅與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且還與聯(lián)結(jié)的網(wǎng)絡(luò)的阻抗有關(guān)。如單個(gè)電容的濾波器在高阻抗電路中效果很好，而在低阻抗電路中效果很差。

　　濾波器分類(基于功能)

　　濾波器分類(基于結(jié)構(gòu))

　　濾波器選型

　　四、EMC元件之磁珠

　　磁珠由氧磁體組成，電感由磁心和線圈組成，磁珠把交流信號(hào)轉(zhuǎn)化為熱能，電感把交流存儲(chǔ)起來，緩慢的釋放出去。

　　磁珠工作原理

　　磁珠選型

　　磁珠的電路符號(hào)就是電感但是型號(hào)上可以看出使用的是磁珠在電路功能上，磁珠和電感是原理相同的，只是頻率特性不同罷了。

　　電感是儲(chǔ)能元件，而磁珠是能量轉(zhuǎn)換(消耗)器件。電感多用于電源濾波回路，側(cè)重于抑止傳導(dǎo)性干擾;磁珠多用于信號(hào)回路，主要用于EMI方面。磁珠用來吸收超高頻信號(hào)，象一些RF電路，PLL，振蕩電路，含超高頻存儲(chǔ)器電路(DDR，SDRAM，RAMBUS等)都需要在電源輸入部分加磁珠，而電感是一種儲(chǔ)能元件，用在LC振蕩電路、中低頻的濾波電路等，其應(yīng)用頻率范圍很少超過50MHz。