如何解決電子產(chǎn)品的ESD/EMI/EMC問題

隨著電子產(chǎn)品集成度、處理器速度、開關(guān)速率和接口速率的不斷提升，電子產(chǎn)品ESD/EMI/EMC問題日益突出，尤其是當(dāng)手持電子設(shè)備向輕薄小巧方向發(fā)展而且產(chǎn)品功能不斷增加時，它們的輸入/輸出端口也隨之增多，導(dǎo)致靜電放電進入系統(tǒng)并干擾或損壞集成電路，電路保護是最容易出現(xiàn)問題的部分，也是容易被忽略的問題。

在通信、消費、軍工、航空航天等領(lǐng)域，ESD往往是引起電路失效的罪魁禍?zhǔn)?，而過流過壓保護器件選擇、傳導(dǎo)輻射電磁干擾消除、EMC測試環(huán)境等問題成為工程師在設(shè)計時的難點，這些問題該怎么解決呢？

一、電路保護從元器件選型開始

電路保護元器件通常包括過壓保護器件和過流保護器件兩種，工程師需要針對各種元器件的特點和不同的應(yīng)用類型進行選擇。電子產(chǎn)品中，印制電路板的密度不斷提高，半導(dǎo)體元件和集成電路的工作電壓不斷降低，生產(chǎn)商就運用表面貼裝技術(shù)、片式多層陶瓷技術(shù)、陣列技術(shù)等新技術(shù)開發(fā)小尺寸、滿足小電壓大電流電路保護需求的產(chǎn)品；可以預(yù)見，未來電子電力技術(shù)不斷發(fā)展，國內(nèi)外電路保護元器件生產(chǎn)商將繼續(xù)大力研發(fā)新產(chǎn)品、新技術(shù)，為各個應(yīng)用領(lǐng)域提供合適的、安全的電路保護元器件。

選擇適當(dāng)?shù)碾娐繁Ｗo器件是實現(xiàn)高效、可靠電路保護設(shè)計的關(guān)鍵，涉及到電路保護器件的選型，我們就必須要知道各電路保護器件的作用。在選擇電路保護器件的時候我們要知道保護電路不應(yīng)干擾受保護電路的正常行為，此外，還必須防止任何電壓瞬態(tài)造成整個系統(tǒng)的重復(fù)性或非重復(fù)性的不穩(wěn)定行為，進行多次模擬測試，從而實現(xiàn)電路防護方案的可靠性和實用性。

二、電路保護器件的選擇技巧

面對ESD、過壓、浪涌、過熱等現(xiàn)象帶來的巨大危害性，最新的電路保護器件除了需要關(guān)注伏安特性、保護級別等因素之外，還要考慮其他很多問題。比如電子設(shè)備越來越輕薄，為了符合尺寸的限制并在更小的占位面積中提供電路保護，保護器件制造商需要開發(fā)出尺寸更小的元器件，這就需要廠商不斷提高元器件的能量密度，當(dāng)電子設(shè)備接口速率不斷提升，為保證信號完整性就必須考慮保護器件電容的大小，保護方案必須緊隨接口發(fā)展的趨勢，確保接口的可靠性，同時還得保證保護元器件的耐沖擊次數(shù)、抗震、防潮等因素。

三、過流、過壓保護器件的特性

保護器件雖然種類繁多，從功能上講可以分為過流保護和過壓保護。最重要的過流保護器件是熔斷器，也叫保險絲。它一般串聯(lián)在電路中，要求其電阻要?。ü男。?，當(dāng)電路正常工作時，它只相當(dāng)于一根導(dǎo)線，能夠長時間穩(wěn)定的導(dǎo)通電路，由于電源或外部干擾而發(fā)生電流波動時，也應(yīng)能承受一定范圍的過載，只有當(dāng)電路中出現(xiàn)較大的過載電流（故障或短路）時，熔斷器才會動作，通過斷開電流來保護電路的安全，以避免產(chǎn)品燒毀的危險。

在熔斷器分斷電路的過程中，由于電路電壓的存在，在熔體斷開的瞬間會發(fā)生電弧，高質(zhì)量的熔斷器應(yīng)該盡量避免這種飛弧;在分斷電路后，熔斷器應(yīng)能耐受加在兩端的電路電壓。熔斷器受脈沖損傷會逐步降低承受脈沖的能力，選用時需要考慮必要的安全余量;這個安全余量是指熔斷器的總?cè)蹟啵▌幼鳎r間，它是預(yù)飛弧時間和飛弧時間之和。

所以在選擇的時候需要留意它的熔斷特性和額定電流這個基本條件；另外安裝時要考慮熔斷器周邊的環(huán)境，熔斷器只有達到本身的熔化熱能值的時候才會熔斷，如果是在環(huán)境較冷的狀況下，它的熔斷時間會變化，這是使用時必須留意的。

四、EMC測試要點

電磁兼容性（EMC）是指設(shè)備或系統(tǒng)在電磁環(huán)境中性能不降級的狀態(tài)。EMC，一方面要求系統(tǒng)內(nèi)沒有嚴重的干擾源即設(shè)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，另一方面要求設(shè)備或系統(tǒng)自身有較好的抗電磁干擾性即器具對所在環(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。

EMC包括EMI（電磁干擾）及EMS（電磁耐受性）兩部份：

1、EMI電磁干擾，乃為機器本身在執(zhí)行應(yīng)有功能的過程中所產(chǎn)生不利于其它系統(tǒng)的電磁噪聲。

2、EMS乃指機器在執(zhí)行應(yīng)有功能的過程中不受周圍電磁環(huán)境影響的能力。

五、如何消除電磁干擾？

電磁干擾，是指電子設(shè)備自身工作過程中，產(chǎn)生的電磁波，對外發(fā)射，從而對設(shè)備其它部分或外部其它設(shè)備造成干擾。系統(tǒng)要發(fā)生電磁兼容性問題即電磁干擾，必須具備三個因素，就是電磁干擾源、耦合途徑、敏感設(shè)備。所以，在解決電磁干擾問題時，要從這三個因素人手，對癥下藥，消除其中某一個因素，就能解決電磁兼容問題。常用的有效的方法有：接地技術(shù)、屏蔽技術(shù)、濾波技術(shù)。

1、接地技術(shù)

接地技術(shù)可以分為工作接地、防雷接地和保護接地。

接地技術(shù)

工作接地就是在低壓交流電網(wǎng)中就是將三相電源中的中性點直接接地。

在通信局（站）中，通常有兩種防雷接地：一種是為保護建筑物或天線不受雷擊而專設(shè)的避雷針防雷接地裝置，這是由建筑部門設(shè)計安裝的，另一種是為了防止雷擊過電壓對通信設(shè)備或電源設(shè)備的破壞需安裝避雷器而埋設(shè)的防雷接地裝置。

保護接地就是將受電設(shè)備在正常情況下與帶電部分絕緣的金屬外殼部分與接地裝置作良好的電氣連接。

2、屏蔽技術(shù)

電路中的電磁屏蔽技術(shù)主要是在共同的電磁環(huán)境中進行生存，通過運用電磁干擾抑制技術(shù)防止在實際工作中收到其他因素的干擾，導(dǎo)致技術(shù)出現(xiàn)應(yīng)用不合理現(xiàn)象。

屏蔽技術(shù)主要是運用完整的金屬屏蔽體將帶點導(dǎo)體包圍起來，提高屏蔽體的感應(yīng)能力，確保外側(cè)能夠出現(xiàn)與帶電導(dǎo)體相同的電荷，如果外側(cè)的電荷流入到大地，外側(cè)也不會出現(xiàn)電漏，而金屬屏蔽體導(dǎo)電性能越好，代表靜電的屏蔽效果越好，屏蔽技術(shù)需要通過接地起到屏蔽作用。

3、濾波技術(shù)

濾波器是射頻系統(tǒng)中必不可少的關(guān)鍵部件之一，主要是用來作頻率選擇，讓需要的頻率信號通過而反射不需要的干擾頻率信號。

濾波技術(shù)主要分為信號濾波和EMI濾波：

信號濾波是已知輸入和輸出阻抗時，在衰減帶外干擾的同時，保證通帶內(nèi)具有極低的插入損耗。

EMI濾波是在期望的工作頻帶寬的范圍內(nèi)，端接阻抗的變化范圍會增大，其加載電流影響的插入損耗是由對外界干擾信號的抑制能力決定的。
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