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完美的EMC电路设计攻略之:遵循三大规律、三个要素

发布时间:2012-11-09 责任编辑:abbywang

【导读】产品上市周期短,EMC测试迟迟不通过,令很多工程师“一夜愁白了头发”。本期大讲台,我们为大家分享EMC三个规律和EMC问题三要素,会使得EMC问题变的有规可循,坚持EMC的规律使得解决EMC问题省时省力,事半功倍。


在进行电子设计方案过程中需要工程师在设计之初就进行严格把关!在产品结构方案设计阶段,主要针对产品需要满足EMC法规标准,对产品采用什么屏蔽设计方案、选择什么屏蔽材料,以及材料的厚度提出设计方案,另外对屏蔽体之间的搭接设计,缝隙设计考虑,同时重点考虑接口连接器与结构件的配合。

一、EMC设计的三大规律

规律一、EMC费效比关系规律: EMC问题越早考虑、越早解决,费用越小、效果越好。

在新产品研发阶段就进行EMC设计,比等到产品EMC测试不合格才进行改进,费用可以大大节省,效率可以大大提高;反之,效率就会大大降低,费用就会大大增加。
经验告诉我们,在功能设计的同时进行EMC设计,到样板、样机完成则通过EMC测试,是最省时间和最有经济效益的。相反,产品研发阶段不考虑EMC,投产以后发现EMC不合格才进行改进,非但技术上带来很大难度、而且返工必然带来费用和时间的大大浪费,甚至由于涉及到结构设计、PCB设计的缺陷,无法实施改进措施,导致产品不能上市。

规律二、高频电流环路面积S越大, EMI辐射越严重。

高频信号电流流经电感最小路径。当频率较高时,一般走线电抗大于电阻,连线对高频信号就是电感,串联电感引起辐射。电磁辐射大多是EUT被测设备上的高频电流环路产生的,最恶劣的情况就是开路之天线形式。对应处理方法就是减少、减短连线,减小高频电流回路面积,尽量消除任何非正常工作需要的天线,如不连续的布线或有天线效应之元器件过长的插脚。

减少辐射骚扰或提高射频辐射抗干扰能力的最重要任务之一,就是想方设法减小高频电流环路面积S。

规律三、环路电流频率f越高,引起的EMI辐射越严重,电磁辐射场强随电流频率f的平方成正比增大。

减少辐射骚扰或提高射频辐射抗干扰能力的最重要途径之二,就是想方设法减小骚扰源高频电流频率f,即减小骚扰电磁波的频率f。

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第二讲: 完美的EMC电路设计攻略之:元器件选型(上)
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第三讲: 完美的EMC电路设计攻略之:元器件选型(下)
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第四讲:完美的EMC电路设计攻略之:PCB设计要点
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第五讲:完美的EMC电路设计攻略之:EMC工程师必备技能
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二、EMC问题三要素

开关电源及数字设备由于脉冲电流和电压具有很丰富的高频谐波,因此会产生很强的辐射。电磁干扰包括辐射型(高频) EMI、传导型(低频)EMI,即产生EMC问题主要通过两个途径:一个是空间电磁波干扰的形式;另一个是通过传导的形式,换句话说,产生EMC问题的三个要素是:电磁干扰源、耦合途径、敏感设备。辐射干扰主要通过壳体和连接线以电磁波形式污染空间电磁环境;传导干扰是通过电源线骚扰公共电网或通过其他端子(如:射频端子,输入端子)影响相连接的设备。

                          传导、辐射
    骚扰源--------------------(途径)-------------------- 敏感受体
                          近场耦合

 例如 IT、AV设备,可能的骚扰源有:

1) FM接收机、TV接收机本机振荡,基波及谐波由高频头、本机振荡电路产生;
2) 开关电源的开关脉冲及高次谐波,同步信号方波及高频谐波,行扫描显像电路产生的行、场信号及高频谐波;
3) 数字电路工作需要的各种时钟信号及高频谐波、以及它们的组合,各种时钟如CPU芯片工作时钟、MPEG解码器工作时钟、视频同步时钟(27MHz,16.9344MHz ,40.5MHz)等;
4) 数字信号方波及高频谐波,晶振产生的高次谐波,非线性电路现象(非线性失真、互调、饱和失真、截止失真)等引起的无用信号、杂散信号;
5) 非正弦波波形,波形毛剌、过冲、振铃,电路设计存在的寄生频率点。
6) 对于敏感受体通过耦合途径接受的外部骚扰包括浪涌、快速脉冲群、静电、电压跌落、电压变化和各种电磁场。

电磁骚扰的特性:

1. 单位脉冲的频谱最宽;
2. 频谱中低频含量取决于脉冲的面积,高频分量取决于脉冲前后沿的陡度;
3. 晶体振荡电平必须满足一定幅度, 数字电路才能按一定的时序工作,使晶振产生的骚扰呈现覆盖带宽、骚扰电平高的特点;
4. 收发天线极化、方向特性相同时,EMI辐射和接受最严重;收发天线面积越大, EMI危害逾大;
5. 骚扰途径:辐射,传导,耦合和辐射、传导、耦合的组合。
6. 电源线传导骚扰主要由共模电流产生;
7. 辐射骚扰主要由差模电流形成的环路产生。

下一期大讲台,我们会分享EMC元器件正确选型及应用技巧。
 

 

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