電子產(chǎn)品EMC設計的基本概念以及預防控制方法解析

在全球市場化和國際貿易更加頻繁的今天，如果電子產(chǎn)品EMC指標不符合國際和使用國家的相關標準，就被列入不合格產(chǎn)品，無法出售，更談不上電子產(chǎn)品的價值。今天我們就講一下EMC設計及預防控制手段等各種相關知識。

有過電子產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗的朋友，可能都有過深刻而痛苦的體會，辛辛苦苦設計好所有產(chǎn)品工作，等到做好樣機時機時，要么電磁輻射超標，要么旁邊突然有人打個手機，設備莫名其妙的“掛”了，出現(xiàn)各種異常、宕機、嚴重的直接冒煙而這一切的根本原因則是EMC設計沒有做好，EMC設計目標是產(chǎn)品可靠性重要的一部份。

1 什么是EMC？

電磁兼容性EMC（Electromagnetic Compatibility）：

是指設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運行，并且并不對其環(huán)境中的任何設備產(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：

一方面是指設備在正常運行過程中對所在環(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。

所以引申出兩種概念：

1.電磁干擾EMI（Electromagnetic Interference）

電磁干擾導致電子設備相互影響，并引起不良后果的一種電磁現(xiàn)象。

2.電磁敏感性EMS（Electromagnetic Susceptibility）

設備暴露在電磁環(huán)境下所呈現(xiàn)的不希望有的響應程度。即設備對周圍電磁環(huán)境敏感程度的度量。電磁敏感意味著電磁環(huán)境已經(jīng)造成設備性能的降低。

2 EMC結構設計流程

2.1選用合適結構的EMC設計；

要使產(chǎn)品具有良好的電磁兼容性，需要專門考慮與電磁兼容相關的設計內容。電磁兼容設計一般包含以下幾個方面的內容。

1）接地

許多電磁干擾問題是由地線產(chǎn)生的，因為地線電位是整個電路工作的基準電位，如果地線設計不當，地線電位就不穩(wěn)，就會導致電路故障。地線設計的目的是要保證地線電位盡量穩(wěn)定，從而消除干擾現(xiàn)象。

2）布板

無論設備產(chǎn)生電磁干擾發(fā)射還是受到外界干擾的影響，或者電路之間產(chǎn)生相互干擾，線路板都是問題的核心，因此設計好線路板對于保證設備的電磁兼容性具有重要的意義。線路板設計的目的就是減小線路板上的電路產(chǎn)生的電磁輻射和對外界干擾的敏感性，減小線路板上電路之間的相互影響。

3）屏蔽

對于大部分設備而言，屏蔽都是必要的。特別是隨著電路工作的頻率日益提高，單純依靠線路板設計往往不能滿足電磁兼容標準的要求。產(chǎn)品的屏蔽設計與傳統(tǒng)的結構設計有許多不同之處，一般如果在結構設計時沒有考慮電磁屏蔽的要求，很難將屏蔽效果加到產(chǎn)品上。所以，對于現(xiàn)代電子產(chǎn)品設計，必須從開始就考慮屏蔽的問題。

屏蔽主要用于切斷通過空間的靜電耦合、感應耦合形成的電磁噪聲傳播途徑，這三種耦合又對應于靜電屏蔽、磁場屏蔽與電磁屏蔽，衡量屏蔽的質量采用屏蔽效能這一指標。

電磁波經(jīng)過一種材料會產(chǎn)生如下3種情況：

反射、吸收和透過。

所以屏蔽材料必須擁有反射或吸收的特性。

目前主流的電磁屏蔽解決方案材料有：

不銹鋼、銅箔、鋁箔、導電涂料、電磁波吸收材料（鐵氧體、鎳粉、碳黑、羰基鐵等）。

屏蔽是結構工程師對電子產(chǎn)品是一種非常實用的手段，特別是消費類電子產(chǎn)品，如手機，用的非常多，下面就舉一些實例：

3.1）金屬屏蔽罩：

3.2）銅箔屏蔽：

3.3）電磁屏蔽氈

3.4）電鍍導電屏蔽層

3.5）鎂合金外殼

鎂合金是功能化與結構化相結合，既能實現(xiàn)電磁屏蔽功能，又能實現(xiàn)工程結構承重的帶有“智能化”特性的屏蔽材料。但這種方法對電磁屏蔽作用存在一定的爭議，暫時不要將其做主要方法。

4.濾波

對于任何設備而言，濾波都是解決電磁干擾的關鍵技術之一。因為設備中的導線是效率很高的接收和輻射天線，因此，設備產(chǎn)生的大部分輻射發(fā)射都是通過各種導線實現(xiàn)的，而外界干擾往往也是首先被導線接收到，然后串入設備的。濾波的目的就是消除導線上的這些干擾信號，防止電路中的干擾信號傳到導線上，借助導線輻射，也防止導線接收到的干擾信號傳入電路。

手段：如采用濾波元器件。

當然，這幾種設計會通常會混合使用，以求達到EMC測試要求。

因為各行業(yè)對EMC的要求會有很大不同，所采用的主要手段也大不相同，如作者所見車用電子產(chǎn)品采用金屬屏蔽罩的就較少，而智能手機卻有一堆。所以建議對比標桿產(chǎn)品，選用合適的EMC結構。這里切記自性心爆棚，隨意跨行業(yè)選用EMC設計結構，有利有弊的。

2.2選用此種EMC結構對應的標準；

EMC結構設計嚴格標準是很少，作者所見的EMC文檔資料多為參考性質，如上述的實例所示。設計時需要具體精確到EMC結構的細節(jié)特征，并在此結構范圍下再次細化標準的尋找，直到找到最小特征的標準為止。

如采用金屬屏蔽罩結構，選用合適供應商之后，可參考供應商提供的標準，如：

3.照章辦事；

3.1耐心解讀標準；

因為EMC結構的標準不完善，就算是好的供應商提供的標準也很難說是正確完美的，所以通讀、理解、梳理這些不完善的標準很需要耐心和專業(yè)素養(yǎng)。

3.2.作圖；

材質，尺寸與公差，測試等要求，都是要在圖紙上表現(xiàn)。規(guī)范的圖紙是實力的體現(xiàn)。

3.3計算書；

EMC基本上以測試為準，但有些EMC細節(jié)特征設計需要公差控制，所以對應公差分析的計算書是需要的。

4.特征優(yōu)化：書面形式的上升空間；

以書面形式表達EMC結構的優(yōu)化設計方法，可以寫在計算書中。

EMC結構的優(yōu)化方向有：

4.1EMC設計方法的更換：依據(jù)DFA原則，更少的零件能減少裝配時間，增加可靠性。所以若能用布板的方式達到EMC控制的效果，就不需要采用金屬屏蔽罩。其他如鎂合金的金屬外殼也可以考慮代替塑膠殼+導電布等。

4.2零件結構的簡化：如合理的布板能簡化金屬屏蔽罩的結構。

4.3材料成本：如噴涂導電粉時是否一定要用銀粉，是否能用銅粉，或用其他EMC設計手段替代，和4.1有些重復。
責任編輯；zl