抑制電子設(shè)備之間電磁干擾的六個步驟解析

電磁兼容性EMC（Electro Magnetic Compatibility）是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的能力。因此，EMC包括兩個方面的要求：一方面是指設(shè)備在正常運(yùn)行過程中對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值；另一方面是指器具對所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。

各種運(yùn)行的電子設(shè)備之間的干擾主要以電磁傳導(dǎo)、電磁感應(yīng)和電磁輻射三種方式彼此關(guān)聯(lián)并相互影響，在一定的條件下會對運(yùn)行的設(shè)備和人員造成干擾、影響和危害。關(guān)于具體EMC領(lǐng)域的整改文章其實(shí)不少。

EMC整改六步走

EMC 整改六步法如下：第一步查找確認(rèn)輻射源，第二步濾波，第三步吸波，第四步接地，第五步屏蔽，第六步能量分散法。具體思路如下圖所示：

第一步：查找確認(rèn)輻射源的方法有排除法、頻譜分析儀頻點(diǎn)搜索法、元件固有頻率分析法。而排除法包含有拔線法、分區(qū)工作排除法、低電壓小電流的人體觸摸法，區(qū)域屏蔽排除法。元件固有頻率分析法是指對一些元件的固定頻率及其倍頻頻率分析歸類法，如晶振和 DDR 等元件的工作頻率都是固定的。

第二步：濾波一般分為電容濾波、RC 濾波和 LC 濾波等；

第三步：吸收電磁波方法有電路串聯(lián)磁珠法、繞穿磁環(huán)法和貼吸波材料法。使用吸收電磁波方法時要特別注意：輻射超標(biāo)電磁波頻率必須在所使用的吸波材料所吸收電磁波頻率范圍之內(nèi)，否則造成吸波法會失效。

第四步：接地法一般分為單點(diǎn)接地法和多點(diǎn)接地法。

第五步：屏蔽法一般有加屏蔽罩屏蔽法、外殼屏蔽法和PCB 走線布局屏蔽法。

第六步：能量分散法是指一些被測物的控制軟件可利用展頻和跳頻等技術(shù)對能量集中的頻段進(jìn)行展寬頻率帶寬和跳變頻率實(shí)現(xiàn)分散頻段能量，從而使附加在單點(diǎn)頻率上的能量降低，也就是起到了單點(diǎn)頻率輻射的電磁波強(qiáng)度降低的功效。故此法對尖峰毛刺形波形的頻率輻射超標(biāo)會起到顯著效果，對包絡(luò)形波形頻率輻射超標(biāo)起不到明顯作用。

這個EMC整改六步法比較適用于常見電子設(shè)備的整改。但上面的6種方法，其實(shí)天縱君認(rèn)為它們雖有助于提高 EMC 輻射整改效率，節(jié)省周期，快速通過EMC測試，但其并不是根本性解決EMC問題的方案，EMC的問題最理想還是在設(shè)計端就進(jìn)行考慮，而不是事后用一些“圍追堵截”的方案來應(yīng)急。

EMC（Electromagnetic Compatibility）即我們常說的電磁兼容技術(shù)。它包含了EMI和EMS兩個部分的要求，即在電氣裝置或系統(tǒng)共同的電磁環(huán)境條件下，既不受電磁環(huán)境的影響，也不會給環(huán)境以干擾。

EMC整改方法

首先，要根據(jù)實(shí)際情況對產(chǎn)品進(jìn)行診斷，分析其干擾源所在及其相互干擾的途徑和方式。再根據(jù)分析結(jié)果，有針對性的進(jìn)行整改。

一般來說主要的整改方法有如下幾種

1、減弱干擾源在找到干擾源的基礎(chǔ)上，可對干擾源進(jìn)行允許范圍內(nèi)的減弱，減弱源的方法一般有如下方法：

a、在IC的Vcc和GND之間加去耦電容，該電容的容量在0.01μF到0.1μF之間，安裝時注意電容器的引線，使它越短越好。

b、在保證靈敏度和信噪比的情況下加衰減器。如VCD、DVD視盤機(jī)中的晶振，它對電磁兼容性影響較為嚴(yán)重，減少其幅度就是可行的方法之一，但其不是唯一的解決方法。

c、還有一個間接的方法就是使信號線遠(yuǎn)離干擾源。

2、電線電纜的分類整理在電子設(shè)備中，線間耦合是一種重要的途徑，也是造成干擾的重要原因，因?yàn)轭l率的因素，可大體分為高頻耦合與低頻耦合。因耦合方式不同，其整改方法也是不同的，下邊分別討論：

（1）低頻耦合是指導(dǎo)線長度等于或小于1/16波長的情況，低頻耦合又可分為電場和磁場耦合。

電場耦合的物理模型是電容耦合，因此整改的主要目的是減小分布耦合電容或減小耦合量，可采用如下的方法：

a、增大電路間距是減小分布電容的最有效的方法。

b、追加高導(dǎo)電性屏蔽罩，并使屏蔽罩單點(diǎn)接地能有效的抑制低頻電場干擾。

c、追加濾波器可減小兩電路間的耦合量。

d、降低輸入阻抗，例如CMOS電路的輸入阻抗很高，對電場干擾極其敏感，可在允許范圍內(nèi)在輸入端并接一個電容或阻值較低的電阻。

磁場耦合的物理模型是電感耦合，其耦合主要是通過線間的分布互感來耦合的，因此整改的主要方法是破壞或減小其耦合量，大體可采用如下的方法：

a　追加濾波器，在追加濾波器時要注意濾波器的輸入輸出阻抗及其頻率響應(yīng)。

b　減小敏感回路與源回路的環(huán)路面積，即盡量使信號線或載流線與其回線靠近或扭絞在一體。

c　增大兩電路間距，以便減小線間互感來減低耦合量。

d　若有可能，盡量使敏感回路與源回路平面正交或接近正交來降低兩電路的耦合量。

e　用高導(dǎo)磁材料來包扎敏感線，可有效的解決磁場干擾問題，值得注意的是要構(gòu)成閉和磁路，努力減小磁路的磁阻將會更加有效。

（2）高頻耦合是指長于1/4波長的走線由于電路中出現(xiàn)電壓和電流的駐波，會使耦合量增強(qiáng)，可采用如下的方法加以解決：

a、盡量縮短接地線，與外殼接地盡量采用面接觸的方式。

b、重新整理濾波器的輸入輸出線，防止輸入輸出線間耦合，確保濾波器的濾波效果不變差。

c、屏蔽電纜屏蔽層采用多點(diǎn)接地。

d、將連接器的懸空插針接到地電位，防止其天線效應(yīng)。

3、改善地線系統(tǒng)

理想的地線是一個零阻抗，零電位的物理實(shí)體，它不僅是信號的參考點(diǎn)，而且電流流過時不會產(chǎn)生電壓降。在具體的電氣電子設(shè)備中，這種理想地線是不存在的，當(dāng)電流流過地線時必然會產(chǎn)生電壓降。據(jù)此可根據(jù)地線中干擾形成機(jī)理可歸結(jié)為以下兩點(diǎn)，第一，減小低阻抗和電源饋線阻抗。第二，正確選擇接地方式和阻隔地環(huán)路，按接地方式來分有懸浮地、單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地、混合接地。如果敏感線的干擾主要來自外部空間或系統(tǒng)外殼，此時可采用懸浮地的方式加以解決，但是懸浮地設(shè)備容易產(chǎn)生靜電積累，當(dāng)電荷達(dá)到一定程度后，會產(chǎn)生靜電放電，所以懸浮地不宜用于一般的電子設(shè)備。單點(diǎn)接地適用于低頻電路，為防止工頻電流及其他雜散電流在信號地線上各點(diǎn)之間產(chǎn)生地電位差，信號地線與電源及安全地線隔離，在電源線接大地處單點(diǎn)連接。單點(diǎn)接地主要適用于頻率低于3MHz的情況。多點(diǎn)接地是高頻信號唯一實(shí)用的接地方式，在射頻時會呈現(xiàn)傳輸線特性，為使多點(diǎn)接地的有效性，當(dāng)接地導(dǎo)體長度超過最高頻率1/8波長時，多點(diǎn)接地需要一個等電位接地平面。多點(diǎn)接地適用于300KHz以上。混合接地適用于既然有高頻又有低頻的電子線路中

4、屏蔽

屏蔽是提高電子系統(tǒng)和電子設(shè)備電磁兼容性能的重要措施之一，它能有效的抑制通過空間傳播的各種電磁干擾。屏蔽按機(jī)理可分為磁場屏蔽與電場屏蔽及電磁屏蔽。電場屏蔽應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

A、選擇高導(dǎo)電性能的材料，并且要有良好的接地。

B、正確選擇接地點(diǎn)及合理的形狀，最好是屏蔽體直接接地。磁場屏蔽通常只是指對直流或甚低頻磁場的屏蔽，其屏蔽效能遠(yuǎn)不如電場屏蔽和電磁屏蔽，磁屏蔽往往是工程的重點(diǎn)，磁屏蔽時：

a、要選用鐵磁性材料。

b、磁屏蔽體要遠(yuǎn)離有磁性的元件，防止磁短路。

c、可采用雙層屏蔽甚至三層屏蔽。

d、屏蔽體上邊的開孔要注意開孔的方向，盡可能使縫的長邊平行于磁通流向，使磁路長度增加最少。一般來說，磁屏蔽不需要接地，但為防止電場感應(yīng)，還是接地為好。電磁場在通過金屬或?qū)﹄姶艌鲇兴p作用的阻擋體時，會受到一定程度的衰減，即產(chǎn)生對電磁場的屏蔽作用。在實(shí)際的整改過程中視具體需要而定選擇何種屏蔽及屏蔽體的形狀、大小、接地方式等。

5、改變電路板的布線結(jié)構(gòu)

有些頻率點(diǎn)是通過電路板上走線分布參數(shù)所決定的，通過前述方法不大有用，此類整改通過在走線中增加小的電感、電容、磁珠來改變電路參數(shù)結(jié)構(gòu)，使其移到限值要求較高的頻率點(diǎn)上。對于這類干擾，要想從根本上解決其影響，就要重新布線。

小結(jié)：總之前面幾種方法對提高電磁兼容性都有好處，但應(yīng)用最為廣泛的是改變地線結(jié)構(gòu)及電線電纜的分類整理的方法，這些方法不僅節(jié)約成本，而且是最有效的整改方法。屏蔽雖然會增加成本，但是其所起到的屏蔽效能有時是其它方法無法媲美的。所以，在實(shí)際的整改中應(yīng)以改變地線結(jié)構(gòu)、電線電纜的分類整理、屏蔽的方法為主，以其它方法為輔。

EMC領(lǐng)域的三個重要規(guī)律和EMC問題三個要素

一、EMC三個重要規(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，比等到產(chǎn)品EMC測試不合格才進(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，效率就會大大降低，費(fèi)用就會大大增加。 經(jīng)驗(yàn)告訴我們，在功能設(shè)計的同時進(jìn)行EMC設(shè)計，到樣板、樣機(jī)完成則通過EMC測試，是最省時間和最有經(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)用和時間的大大浪費(fèi)，甚至由于涉及到結(jié)構(gòu)設(shè)計、PCB設(shè)計的缺陷，無法實(shí)施改進(jìn)措施，導(dǎo)致產(chǎn)品不能上市。

工程師在整改測試中

天縱檢測在實(shí)際檢測工作中經(jīng)常碰到的情況是：通過“圍追堵截”的方法通過相關(guān)EMC測試和認(rèn)證的強(qiáng)制要求，但這樣的產(chǎn)品在實(shí)際生產(chǎn)的可生產(chǎn)性和產(chǎn)品實(shí)際適用性接近于零。這就造成實(shí)驗(yàn)室樣品和實(shí)際成品是不一致的，EMC的整改成了“掩耳盜鈴”的擺設(shè)了，因此真正要考量EMC問題是要在產(chǎn)品設(shè)計時就要考慮進(jìn)去的，而不應(yīng)該把主要對策放在產(chǎn)品測試階段。

規(guī)律二、高頻電流環(huán)路面積S越大， EMI輻射越嚴(yán)重。高頻信號電流流經(jīng)電感最小路徑。當(dāng)頻率較高時， 一般走線電抗大于電阻，連線對高頻信號就是電感，串聯(lián)電感引起輻射。電磁輻射大多是EUT被測設(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中的“天線形式”。對應(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。 在天縱檢測實(shí)踐中一些具體方法就是處理好接地問題（電源地與信號地）。

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。 關(guān)于這個f規(guī)律，天縱經(jīng)驗(yàn)上看很多是因?yàn)槠帘魏屯鈿ぴO(shè)計或做工造成的，因?yàn)轭l率越高，波長越小，越是容易從外殼或屏蔽體的小縫隙中泄露出來。

二、EMC問題三要素

開關(guān)電源及數(shù)字設(shè)備由于脈沖電流和電壓具有很豐富的高頻諧波，因此會產(chǎn)生很強(qiáng)的輻射。電磁干擾包括輻射型（高頻） EMI、傳導(dǎo)型（低頻）EMI，即產(chǎn)生EMC問題主要通過兩個途徑：一個是空間電磁波干擾的形式;另一個是通過傳導(dǎo)的形式，換句話說，產(chǎn)生EMC問題的三個要素是：電磁干擾源、耦合途徑、敏感設(shè)備。輻射干擾主要通過殼體和連接線以電磁波形式干擾空間電磁環(huán)境；傳導(dǎo)干擾是通過電源線騷擾公共電網(wǎng)或通過其他端子（如：射頻端子，輸入端子）影響相連接的設(shè)備。

T、AV設(shè)備可能的騷擾源：

A） FM接收機(jī)、TV接收機(jī)本機(jī)振蕩，基波及諧波由高頻頭、本機(jī)振蕩電路產(chǎn)生；

B） 開關(guān)電源的開關(guān)脈沖及高次諧波，同步信號方波及高頻諧波，行掃描顯像電路產(chǎn)生的行、場信號及高頻諧波；

C） 數(shù)字電路工作需要的各種時鐘信號及高頻諧波、以及它們的組合，各種時鐘如CPU芯片工作時鐘、解碼器工作時鐘、視頻同步時鐘等；

D） 數(shù)字信號方波及高頻諧波，晶振產(chǎn)生的高次諧波，非線性電路現(xiàn)象（非線性失真、互調(diào)、飽和失真、截止失真）等引起的無用信號、雜散信號；

E） 非正弦波波形，波形毛剌、過沖、振鈴，電路設(shè)計存在的寄生頻率點(diǎn)。

F） 對于敏感受體通過耦合途徑接受的外部騷擾包括浪涌、快速脈沖群、靜電、電壓跌落、電壓變化和各種電磁場。

電磁騷擾的特性 ：

① 單位脈沖的頻譜最寬；

② 頻譜中低頻含量取決于脈沖的面積，高頻分量取決于脈沖前后沿的陡度；

③ 晶體振蕩電平必須滿足一定幅度， 數(shù)字電路才能按一定的時序工作，使晶振產(chǎn)生的騷擾呈現(xiàn)覆蓋帶寬、騷擾電平高的特點(diǎn)；

④ 收發(fā)天線極化、方向特性相同時，EMI輻射和接受最嚴(yán)重；收發(fā)天線面積越大， EMI危害逾大；

⑤ 騷擾途徑：輻射，傳導(dǎo)，耦合和輻射、傳導(dǎo)、耦合的組合。

⑥ 電源線傳導(dǎo)騷擾主要由共模電流產(chǎn)生；

⑦ 輻射騷擾主要由差模電流形成的環(huán)路產(chǎn)生。

真?zhèn)饕痪湓?，假傳萬卷書。我們清楚了EMC中的三個規(guī)律和三個要素，會使得EMC問題變得簡單和有規(guī)可循。了解了EMC的規(guī)律和傳播要素，其實(shí)解決EMC問題的方法和思路也就清晰明了了，我們只要中斷其中的一個因素，EMC問題必然都能得到很大的改良。
責(zé)任編輯；zl