電子產(chǎn)品設(shè)備的EMI輻射理論和展頻解密

EMI輻射的模型：

騷擾信號(hào)源傳遞到產(chǎn)品中的等效天線模型，然后傳遞發(fā)射出去產(chǎn)生EMI輻射Data！

1）電流不要流過(guò)等效天線模型，則沒(méi)有EMI的輻射問(wèn)題;

2）電路中導(dǎo)體的所有電位都等電位的時(shí)候，就沒(méi)有電流存在了；

EMI輻射的基本理論：

輻射的一個(gè)重要基本概念是：電流導(dǎo)致輻射，而非電壓；

1.差模電流的磁場(chǎng)主要集中在差模電流構(gòu)成的回路面積之內(nèi)，

而回路面積之外的磁力線會(huì)相互抵消；

2.共模電流的磁場(chǎng)，在回路面積之外，

共模電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相同，磁場(chǎng)強(qiáng)度反而加強(qiáng)！

問(wèn)題點(diǎn)：共模電流不能在RF返回路徑中進(jìn)行磁力線的抵消！

我的理論：

A.所有的等電位的導(dǎo)體都能互連在一起，能連的都連上；不能連的用電容連上，電容連接就是濾波的方法！

B.所有的EMI的輻射問(wèn)題都是共模輻射！共模的場(chǎng)輻射怎么出來(lái)？一定是騷擾信號(hào)源傳遞到了一個(gè)等效的天線模型上；而不是騷擾信號(hào)源直接飛出去?。?/p>

我的EMI輻射的基本思路：

是讓輻射源不要流過(guò)這個(gè)等效的天線模型或者流過(guò)的等效的環(huán)路路徑最短/等效的回路面積最小化！

產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的幾個(gè)經(jīng)常遇到設(shè)計(jì)方案問(wèn)題

電子產(chǎn)品中的散熱器問(wèn)題分析一：

產(chǎn)品散熱器的EMI輻射問(wèn)題，散熱器的接地理論分析！復(fù)雜產(chǎn)品散熱器的體積越來(lái)越大，散熱器的長(zhǎng)度可以比擬這個(gè)輻射的波長(zhǎng)；散熱器容易變成輻射天線！

注意：EMI的輻射大都是遠(yuǎn)場(chǎng)的共模輻射！遠(yuǎn)場(chǎng)的輻射怎么出來(lái)？一定是騷擾信號(hào)源傳遞到了一個(gè)等效的天線模型上；而不是騷擾信號(hào)源直接飛出去的！！

處理方法：是讓輻射源不要流過(guò)這個(gè)等效天線！

散熱器成為等效天線，那簡(jiǎn)單的方法是要電流不能流過(guò)散熱器；當(dāng)散熱器的電位與系統(tǒng)的工作地電位等電位；即將散熱器連接到地對(duì)應(yīng)的器件（IC）的GND讓電流不流過(guò)散熱器，因此就不會(huì)出現(xiàn)散熱器的EMI輻射問(wèn)題??！

電子產(chǎn)品中的接口連接線分析二：

25MHz晶振工作的通訊連接（比如以太網(wǎng)；HDMI接口；LVDS數(shù)據(jù)線）產(chǎn)生125MHz和375MHz的EMI-輻射超標(biāo)；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)打上3mm的螺絲孔就沒(méi)有輻射超標(biāo)（螺絲沒(méi)有接地）

以太網(wǎng)的輻射部分是由線纜引起的；它并不是說(shuō)系統(tǒng)里面的25MHz的時(shí)鐘信號(hào)直接出去的！25MHz及其諧波通過(guò)一定的傳遞路徑，傳遞到以太網(wǎng)的信號(hào)線上；信號(hào)線上的電流大小決定了輻射的大小；可以確定的是鎖螺絲孔的過(guò)程就改變了它的電流傳遞的路徑；通過(guò)鎖螺絲孔接地的方式改變了原來(lái)流過(guò)電纜上的電流！如果這個(gè)螺釘孔跟外殼有關(guān)的話就會(huì)是這個(gè)原因；而不是結(jié)構(gòu)的封閉與不封閉的問(wèn)題！

再進(jìn)一步假設(shè)：螺絲并不是接地的！25MHz、125MHz/375MHz高頻輻射信號(hào)能不能通過(guò)3mm的孔徑出去？？

答案：不會(huì)！打螺釘拆掉就不過(guò)125MHz/375MHz的EMI的輻射問(wèn)題，螺絲孔打上就能過(guò)了；這只能證明和這個(gè)孔有關(guān)，不能證明是從這個(gè)孔出去的！

我的EMI理論模型：騷擾源信號(hào)源要傳遞到產(chǎn)品中的等效天線模型然后再輻射出去?。?/p>

電子產(chǎn)品中的雙面板PCB布線鋪地的分析三：

雙面板PCB系統(tǒng)鋪地的理論和分析；鋪地對(duì)EMI有什么影響？

鋪地好的方面：

注意信號(hào)線的PCB板邊緣的走線 如果鋪地；這個(gè)信號(hào)線對(duì)外的信號(hào)耦合就減小了；PCB鋪銅地在PCB板的邊緣的地方就要有；鋪銅鋪在信號(hào)線之間，它就能降低信號(hào)間的串?dāng)_，串?dāng)_中的EMI輻射是跟它間接的關(guān)系的！如果兩個(gè)都能達(dá)到或者做到了 EMI效果就會(huì)好！鋪地不是每個(gè)地方按面積來(lái)數(shù)的，地要有目標(biāo)的去鋪設(shè)才是有好的作用的！

我的觀點(diǎn)：PCB有鋪銅的條件，且這個(gè)鋪銅是有作用的，如果能提升EMI的性能；可建議采用PCB鋪地銅的法則！

注意點(diǎn)：

在這個(gè)設(shè)計(jì)上要鋪地就要保證信號(hào)的鋪地平面與系統(tǒng)的參考地電位的阻抗要足夠?。环駝t這個(gè)鋪地就會(huì)對(duì)輻射干擾或抗輻射干擾都會(huì)有影響！

系統(tǒng)分布參數(shù)影響的電磁場(chǎng)環(huán)路分析！我用下面的等效來(lái)分析：

共模電流通過(guò)布局布線流經(jīng)系統(tǒng)的信號(hào)線連接線及電纜等，其中>30MHz以上 為輻射發(fā)射的天線接收；即共模輻射在空間產(chǎn)生電磁場(chǎng)，此時(shí)被輻射騷擾測(cè)試接收天線接收后，那么就形成了產(chǎn)品對(duì)外的輻射騷擾。

EMI的傳遞路徑：感性耦合；容性耦合；傳導(dǎo)耦合；輻射耦合！

1.感性耦合路徑問(wèn)題

注意電路中的感性元器件：電感及 變壓器器件等等；

2.容性耦合路徑問(wèn)題

注意電路中任意相近的兩根電流導(dǎo)線都會(huì)存在分布電容耦合：臨近PCB走線 及 關(guān)鍵走線&連接線；散熱器等等；

EMI輻射的分析要點(diǎn)

今天的實(shí)踐分析及成本最佳化思路的主體內(nèi)容如下：

A.確認(rèn)噪聲源

B.了解噪聲源的特性

C.確認(rèn)噪聲源的傳遞路徑；

D.分析確認(rèn)后成本最佳化設(shè)計(jì)。

總結(jié)：

輻射的一個(gè)重要基本概念是：電流導(dǎo)致輻射，而非電壓；

所有的等電位的導(dǎo)體都能互連在一起，能連的都連上；不能連的用電容連上，電容連接就是濾波的方法！要讓輻射源不要流過(guò)這個(gè)等效的天線模型！或者人為設(shè)定規(guī)定的等效路徑?。ò⒍爬蠋煹脑O(shè)計(jì)技巧）

第二部分 展頻解密

1.擴(kuò)譜時(shí)鐘（展頻技術(shù)）

擴(kuò)譜時(shí)鐘與普通時(shí)鐘的區(qū)別是：普通時(shí)鐘的信號(hào)周期十分穩(wěn)定，而擴(kuò)譜時(shí)鐘信號(hào)的周期是按一定規(guī)律變化的。這種周期變化的結(jié)果是使時(shí)鐘信號(hào)的譜線變寬，峰值降低！而每個(gè)諧波的總能量保持不變；如下示意圖進(jìn)行說(shuō)明！

注意：擴(kuò)譜時(shí)鐘信號(hào)的頻率抖動(dòng)要控制在不引起系統(tǒng)時(shí)序錯(cuò)亂的程度，一般用百分比表示，稱為頻率調(diào)制度。

例如：±0.5%調(diào)制度表示100MHz的時(shí)鐘頻率在99.5MHz-100.5MHz之間變化。當(dāng)系統(tǒng)有工作頻率的上限要求時(shí)，為了避免時(shí)鐘頻率超過(guò)系統(tǒng)允許的最高頻率；時(shí)鐘頻率可在99.5MHz-100MHz之間變化；這稱為下擴(kuò)譜！

常用的擴(kuò)譜方式如下圖所示：

我們?cè)趯?shí)際的技術(shù)規(guī)范中要注明這種時(shí)鐘周期，幅度的抖動(dòng)！

2.普通的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘和擴(kuò)譜時(shí)鐘的發(fā)射頻譜的對(duì)比數(shù)據(jù)如下：

3.擴(kuò)譜時(shí)鐘技術(shù)與傳統(tǒng)的濾波技術(shù)的差異

用低通濾波器（例如鐵氧體磁環(huán)或三端電容）對(duì)時(shí)鐘信號(hào)濾波，將時(shí)鐘信號(hào)的高次諧波衰減，從而減小電路輻射的方法已為大多的電子設(shè)計(jì)師所了解！這種濾波的結(jié)果是延長(zhǎng)了脈沖信號(hào)的上升沿，因此不適合高速電路的場(chǎng)合！特別是隨著數(shù)字電路的工作速度迅速提高，時(shí)鐘信號(hào)的上升沿必須保持一定的抖動(dòng)！不允許使用濾波的方法。

同樣的在開關(guān)電源中，使用上升沿較長(zhǎng)的脈沖雖然可以減小干擾發(fā)射；但是會(huì)導(dǎo)致電源的效率降低！

與使用濾波器衰減脈沖信號(hào)高次諧波的方法相比；擴(kuò)譜時(shí)鐘技術(shù)具有以下幾個(gè)不可替代的好處！

A.時(shí)鐘信號(hào)的波形不變；擴(kuò)譜時(shí)鐘信號(hào)的脈沖波形與普通時(shí)鐘信號(hào)的脈沖波形一樣，具有很陡的上升沿，適合高速數(shù)字邏輯電路！

B.擴(kuò)譜時(shí)鐘從根源上減小干擾幅度；傳統(tǒng)的濾波技術(shù)僅能將安裝濾波器的線路上的時(shí)鐘高次諧波幅度降低，而這路時(shí)鐘經(jīng)過(guò)分頻或再次驅(qū)動(dòng)后，高次諧波幅度又會(huì)恢復(fù)（甚至更大，取決于分頻或驅(qū)動(dòng)電路）。擴(kuò)譜時(shí)鐘則沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題；因?yàn)樗鼜母瓷辖档土藭r(shí)鐘信號(hào)的各次諧波幅度！

C.擴(kuò)譜時(shí)鐘減小所以諧波的幅度；濾波僅能將高次（為了保證時(shí)鐘的基本波形，一般要保留15次諧波）諧波幅度降低，而對(duì)較低次諧波（特別是基頻）沒(méi)有任何的抑制效果！例如：對(duì)于頻率為12MHz的時(shí)鐘信號(hào)，一般僅能將150MHz（保留13次諧波）以上的諧波濾除！而150MHz以下的諧波任然會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的發(fā)射！

這只能靠屏蔽和在電纜上使用高性能的濾波器來(lái)解決！

使用擴(kuò)譜時(shí)鐘則沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題；幾乎所有的諧波都會(huì)降低！

4.擴(kuò)譜時(shí)鐘的設(shè)計(jì)

獲得擴(kuò)譜時(shí)鐘的器件有兩類：

一類是獨(dú)立的擴(kuò)譜時(shí)鐘振蕩器（擴(kuò)譜晶振）它的封裝與普通晶體振蕩器相同，可以直接替換普通的晶體振蕩器，使電路工作在擴(kuò)譜時(shí)鐘狀態(tài)。這類器件的缺點(diǎn)是每個(gè)型號(hào)的輸出頻率，擴(kuò)譜參數(shù)（頻率調(diào)制度）固定。

另一類需要外接一些器件，通常需要外接晶體或時(shí)鐘源作為參考頻率。這類器件的優(yōu)點(diǎn)是工作頻率為一個(gè)范圍，擴(kuò)譜參數(shù)可以設(shè)置！在新開發(fā)的產(chǎn)品中我推薦使用這類器件設(shè)計(jì)！

5.擴(kuò)譜時(shí)鐘(展頻技術(shù))在TFT-LCD顯示的應(yīng)用及技術(shù)要求