關(guān)于EMC的問題解答

以下內(nèi)容來源于EMC實(shí)戰(zhàn)特訓(xùn)營(yíng)部分問題解答，希望對(duì)大家有一些幫助。

一、距微帶線中心范圍內(nèi)回流百分比的數(shù)據(jù)的有理論計(jì)算公式嗎?如何凈IO的地-通過螺釘導(dǎo)電材料盡可能的接地，請(qǐng)問這個(gè)目的是為了降低接地阻抗嗎?

答：計(jì)算公式可以參考下圖所示，J(x)函數(shù)是微帶線的電流數(shù)值計(jì)算公式，公式來源于某技術(shù)論文。I/O凈地的方式就是如你所說的，盡可能降低接口區(qū)域的接地阻抗值。

二、對(duì)于一些SOC型單片機(jī)，封裝很小，但同時(shí)處理數(shù)字和模擬信號(hào)分別有數(shù)字地、數(shù)字電源和模擬地、模擬電源。這時(shí)如何做數(shù)字和模擬的布局和走線?

答：這時(shí)可以不分地處理，但是在PCB走線時(shí)候要特別注意，主要避免數(shù)字信號(hào)可能對(duì)模擬信號(hào)的影響;主要參考如下圖所示的高頻信號(hào)回流原理，布線嚴(yán)格分區(qū)處理，這個(gè)知識(shí)點(diǎn)我們?cè)赑CB環(huán)節(jié)會(huì)重點(diǎn)講到。

三、產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，接口部分的機(jī)殼地與信號(hào)地為什么要用1nF電容和1M電阻鏈接?這樣做有什么好處?

答：如下圖所示，這是我們電磁兼容設(shè)計(jì)中常用的一種處理方式，主要是針對(duì)信號(hào)地(GND)是浮地類型的產(chǎn)品。電阻的作用主要是擔(dān)心GND上在產(chǎn)品長(zhǎng)期應(yīng)用過程中會(huì)有靜電積累，如果沒有泄放通路可能會(huì)在薄弱區(qū)域形成瞬態(tài)擊穿，對(duì)電路造成損傷，所以采用大電阻的接地方式，既可以滿足產(chǎn)品的絕緣設(shè)計(jì)要求，又能避免ESD的積累損壞效應(yīng);電容的功能主要從EMI角度考慮，電容的使用，可以在高頻段實(shí)現(xiàn)信號(hào)地的接地連接，降低信號(hào)地與機(jī)殼地之間的高頻電勢(shì)差(這個(gè)電勢(shì)差常常是很多輻射問題的共模激勵(lì)源(天線知識(shí)中的單極子天線模型))，從而從PCB整體上降低電路的對(duì)外輻射值(特別是接口電路區(qū)域)。

四、如果PCB地和結(jié)構(gòu)地沒有進(jìn)行濾波隔離，是一個(gè)地，這時(shí)候還需要將屏蔽層的地和信號(hào)地分開，分別接到結(jié)構(gòu)上和PCB上嗎?

答：從EMC設(shè)計(jì)角度最好還是分開，因?yàn)榧词故且粋€(gè)地，因?yàn)檫B接阻抗的原因，PCB上的GND和實(shí)際的結(jié)構(gòu)體上的噪聲電平還是有差異的，如果屏蔽線連接到GND上，就如同很多資料中提到的豬尾巴效應(yīng);當(dāng)然在一些實(shí)際產(chǎn)品的工程設(shè)計(jì)中，屏蔽層在工藝上很難實(shí)現(xiàn)單獨(dú)接結(jié)構(gòu)件，那么就折中通過板內(nèi)來實(shí)現(xiàn)接地，如汽車電子產(chǎn)品中常見的CAN。

五、設(shè)計(jì)評(píng)估時(shí)，PCB層數(shù)多肯定好，但增加成本，請(qǐng)教一下從EMC角度，PCB板層數(shù)如何選擇，以到達(dá)最佳性價(jià)比?

答：這個(gè)知識(shí)點(diǎn)在后續(xù)的PCB課程中會(huì)有詳細(xì)講解，如果單純從EMC角度看層疊，下面六條設(shè)計(jì)原則都能滿足基本就是最佳的層疊設(shè)計(jì)方案了。

六、共模電感PCB布局時(shí)需要把共模電感周邊挖空，以四層板為例，只需要挖空第一層的?還是第二層，第三層，第四層全部挖空???另外如果沒有隔離帶，一般共模電感周邊挖空區(qū)域多少距離合適?

答：共模電感PCB設(shè)計(jì)主要是挖電感正下方區(qū)域，全部投影層挖空。目的是物理上減小地平面噪聲通過地與電感初次級(jí)(前后級(jí))分布電容，使得干擾耦合，使得共模電感濾波效果打折。

七、能否解釋下共模電感的漏感為什么會(huì)對(duì)濾波效果有幫助?原理是什么?答：

共模電感是由兩個(gè)方向相反匝數(shù)相同的線圈按照一定規(guī)則繞制而成的特殊電感器，它的作用是濾除電路當(dāng)中的共模電磁干擾信號(hào)，那么在實(shí)際當(dāng)中為什么共模電感也能夠抑制差模信號(hào)?

漏感的產(chǎn)生

了解漏感之前先看一下共模電感的結(jié)構(gòu)。共模電感有兩個(gè)繞組，而且兩個(gè)繞組被設(shè)計(jì)成使它們所流過的電流沿線圈芯傳導(dǎo)時(shí)方向相反，理論上彼此的磁場(chǎng)相互抵消。但是由于線圈繞制的環(huán)形有時(shí)候不能繞滿一周，或者繞制不夠緊密，那么磁就會(huì)泄漏出來。因?yàn)殡姼胁豢赡苁抢硐氲碾姼校€圈繞完后，不可能所有磁通都集中在線圈的中心內(nèi)。

漏感的利用

這種由于漏磁導(dǎo)致產(chǎn)生的電感我們稱為"漏感"，其實(shí)這也就是差模電感。因此，共模電感一般也具有一定的差模干擾衰減能力。雖然產(chǎn)生了差模電感，但是也未必有害，在實(shí)際使用當(dāng)中，有時(shí)候還特意設(shè)計(jì)利用漏感。例如在EMI濾波器中，只安裝一個(gè)共模電感，利用共模電感的漏感產(chǎn)生適量的差模電感，這樣起到對(duì)差模電流的抑制作用，相當(dāng)于有共模電感也有一個(gè)小差模電感存在，從而達(dá)到更好的濾波效果。

八、個(gè)具有金屬殼體的產(chǎn)品，其中有dcdc隔離。機(jī)殼地、凈地、電源地，數(shù)字地、模擬地。一般情況應(yīng)該如何布局?需要注意考慮那些問題。

答：這個(gè)關(guān)于PCB布局設(shè)計(jì)后續(xù)有專門的PCB和接地設(shè)計(jì)章節(jié)會(huì)進(jìn)行詳細(xì)描述，因?yàn)殛P(guān)于分地設(shè)計(jì)，接地設(shè)計(jì)牽涉到很多前提條件。另外還與產(chǎn)品是否是浮地設(shè)計(jì)、安規(guī)絕緣耐壓要求等相關(guān)。

下圖給一個(gè)類似的設(shè)計(jì)示意圖給參考：

九、課程里講各種濾波器件都要針對(duì)電路可能出現(xiàn)的干擾頻率進(jìn)行選擇。那么請(qǐng)問老師對(duì)一款 DC DC，根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)，它的干擾頻率一般在那些頻段?我們一般選擇哪些頻段對(duì)它進(jìn)行濾波?

答：首先根據(jù)產(chǎn)品測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求的頻段范圍，DC/DC 正常測(cè)試 CE，測(cè)試頻段范圍為 150KHz-30MHz(汽車電子產(chǎn)品到 108MHz)，濾波器和防護(hù)設(shè)計(jì)是一個(gè)器件組合實(shí)現(xiàn)的過程!

一般電源類產(chǎn)品詳細(xì)濾波和防護(hù)設(shè)計(jì)在后續(xù)的濾波設(shè)計(jì)和防護(hù)設(shè)計(jì)專題中還會(huì)有詳細(xì)的講解，比如常規(guī)電源電路設(shè)計(jì)方案如下：

電路 EMC 設(shè)計(jì)說明：

電路濾波設(shè)計(jì)要點(diǎn)

L1、C1、C3、C4 組成第一級(jí)濾波電路。C1 為差模濾波電容，主要濾除差模干擾， 其濾波頻段覆蓋 150kHz-500kHz。C3、C4 為共模濾波電容，為共模干擾提供低阻抗回路，其濾波頻段覆蓋10MHz-30MHz。L1 為共模濾波電感，對(duì)共模干擾進(jìn)行抑制,其濾波頻段覆蓋 10MHz-30MHz;L2、C2、C5、C6 組成第二級(jí)濾波電路。C2 為差模濾波電容，主要濾除差模干擾其濾波頻段覆蓋150kHz-500kHz。C5、C6 為共模濾波電容，為共模干擾提供低阻抗回路，其濾波頻段覆蓋 10MHz-30MHz。L2 為共模濾波電感，對(duì)共模干擾進(jìn)行抑制,其濾波頻段覆蓋 10MHz-30MHz;L6、C10、C11 組成第二極濾波電路。C10、C11 為差模濾波電容， L6 為差模電感，主要濾除差模干擾;C9、C8 組成輸出端濾波電路。C9 為 4.7uF的電解電容，主要針對(duì)低頻噪聲的濾波，其值可根據(jù)測(cè)試情況進(jìn)行調(diào)整;C8 為 1000pF的小電容，主要針對(duì)高頻噪聲的濾波，其值可根據(jù)測(cè)試情況進(jìn)行調(diào)整;保護(hù)地與輸出端負(fù)極通過 1000pF 的電容 C16連接，主要為輸出端干擾提供泄流路徑;

電路防護(hù)設(shè)計(jì)要點(diǎn) RV1、RV2、RV3、GDT1 組成第一級(jí)防護(hù)電路，其中RV1 進(jìn)行差模防護(hù)、RV2、RV3、GDT1 進(jìn)行共模防護(hù)。RV2、RV3、GDT1 防護(hù)器件會(huì)導(dǎo)致絕緣耐壓試驗(yàn)不能通過，當(dāng)接口需要考慮絕緣耐壓試驗(yàn)時(shí)建議去掉 RV2、RV3、GDT1 三個(gè)元器件。

特殊要求 電路中所有的電容要符合安規(guī)的要求，差模電容選取耐壓值AC275V，共模電容選取 Y電容;保險(xiǎn)絲 F1 位置要靠近接口放置。因壓敏電阻失效模式為短路，可能會(huì)造成大電流，因此需要增加保險(xiǎn)絲。

器件選型要點(diǎn) 電路中Y 電容(C3、C4和 C5、C6)容值選取范圍為 100pF~4700pF，典型值選取 2200pF;電路中 X 電容容值取值范圍為 0.1μF ~10μF，C1 典型值為 0.22μF;C10 和 C11 典型值選取 0.68μF ;L1 為共模電感，感值取值范圍為100μH~30mH，典型值選取 15mH;L6 為差模電感，感值取值范圍為10μH~1mH，典型取值選取 47μH;RV1、RV2、RV3 壓敏電阻選擇壓敏電壓范圍466V~616V，典型值選取550V，壓敏電阻 RV1 的通流量(10 次沖擊)選擇大于等于 167A，壓敏電阻RV2、RV3 的通流量(10次沖擊) 選擇大于等于 167A;GDT1 氣體放電管選擇直流擊穿電壓為466V~616V，典型值選取 550V，通流量選擇大于等于 167A。以上元器件的取值后續(xù)可以根據(jù)實(shí)際的測(cè)試情況進(jìn)行調(diào)整。

十、在案例講解中，老師憑借工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)直接鎖定了干擾源頭;那對(duì)于沒有很豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的人來說，該怎么排查干擾源呢?一般排查感染源頭有什么方法呢?(非經(jīng)驗(yàn)方式的排查干擾源方法)

答：建議1:借助頻譜儀定位源頭，另外有特征的超標(biāo)頻點(diǎn);2:可以計(jì)算基頻，從而對(duì)應(yīng)單板上的時(shí)鐘等周期信號(hào);3:對(duì)于多系統(tǒng)組成，可以采取斷電方式排除分析出干擾源;

審核編輯：湯梓紅