電磁兼容性EMC（Electro Magnetic Compatibility）是指設備或系統在其電磁環(huán)境中符合要求運行并不對其環(huán)境中的任何設備產(chǎn)生無(wú)法忍受的電磁干擾的能力。因此，EMC包括兩個(gè)方面的要求：一方面是指設備在正常運行過(guò)程中對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過(guò)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。

 

各種運行的電子設備之間的干擾主要以電磁傳導、電磁感應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(huì )對運行的設備和人員造成干擾、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(xiàn)法、分區工作排除法、低電壓小電流的人體觸摸法，區域屏蔽排除法。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(lèi)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(shí)要特別注意：輻射超標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，否則造成吸波法會(huì )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(xiàn)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度降低的功效。故此法對尖峰毛刺形波形的頻率輻射超標會(huì )起到顯著(zhù)效果，對包絡(luò )形波形頻率輻射超標起不到明顯作用。

 

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

 

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

 

EMC整改方法

 

首先，要根據實(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。再根據分析結果，有針對性的進(jìn)行整改。

 

一般來(lái)說(shuō)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上，可對干擾源進(jìn)行允許范圍內的減弱，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(shí)注意電容器的引線(xiàn)，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(pán)機中的晶振，它對電磁兼容性影響較為嚴重，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(gè)間接的方法就是使信號線(xiàn)遠離干擾源。

 

2、電線(xiàn)電纜的分類(lèi)整理在電子設備中，線(xiàn)間耦合是一種重要的途徑，也是造成干擾的重要原因，因為頻率的因素，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)低頻耦合是指導線(xiàn)長(cháng)度等于或小于1/16波長(cháng)的情況，低頻耦合又可分為電場(chǎng)和磁場(chǎng)耦合。

 

電場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)干擾極其敏感，可在允許范圍內在輸入端并接一個(gè)電容或阻值較低的電阻。

磁場(chǎng)耦合的物理模型是電感耦合，其耦合主要是通過(guò)線(xiàn)間的分布互感來(lái)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(shí)要注意濾波器的輸入輸出阻抗及其頻率響應。

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

c　增大兩電路間距，以便減小線(xiàn)間互感來(lái)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(lái)降低兩電路的耦合量。

e　用高導磁材料來(lái)包扎敏感線(xiàn)，可有效的解決磁場(chǎng)干擾問(wèn)題，值得注意的是要構成閉和磁路，努力減小磁路的磁阻將會(huì )更加有效。 

 

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

 

a、盡量縮短接地線(xiàn)，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(xiàn)，防止輸入輸出線(xiàn)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(xiàn)效應。

 

3、改善地線(xiàn)系統

 

理想的地線(xiàn)是一個(gè)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(guò)時(shí)不會(huì )產(chǎn)生電壓降。在具體的電氣電子設備中，這種理想地線(xiàn)是不存在的，當電流流過(guò)地線(xiàn)時(shí)必然會(huì )產(chǎn)生電壓降。據此可根據地線(xiàn)中干擾形成機理可歸結為以下兩點(diǎn)，第一，減小低阻抗和電源饋線(xiàn)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(lái)分有懸浮地、單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地、混合接地。如果敏感線(xiàn)的干擾主要來(lái)自外部空間或系統外殼，此時(shí)可采用懸浮地的方式加以解決，但是懸浮地設備容易產(chǎn)生靜電積累，當電荷達到一定程度后，會(huì )產(chǎn)生靜電放電，所以懸浮地不宜用于一般的電子設備。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(xiàn)上各點(diǎn)之間產(chǎn)生地電位差，信號地線(xiàn)與電源及安全地線(xiàn)隔離，在電源線(xiàn)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(shí)會(huì )呈現傳輸線(xiàn)特性，為使多點(diǎn)接地的有效性，當接地導體長(cháng)度超過(guò)最高頻率1/8波長(cháng)時(shí)，多點(diǎn)接地需要一個(gè)等電位接地平面。多點(diǎn)接地適用于300KHz以上?；旌辖拥剡m用于既然有高頻又有低頻的電子線(xiàn)路中

 

4、屏蔽

 

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

 

A、選擇高導電性能的材料，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(chǎng)屏蔽通常只是指對直流或甚低頻磁場(chǎng)的屏蔽，其屏蔽效能遠不如電場(chǎng)屏蔽和電磁屏蔽，磁屏蔽往往是工程的重點(diǎn)，磁屏蔽時(shí)：

 

a、要選用鐵磁性材料。

b、磁屏蔽體要遠離有磁性的元件，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(kāi)孔要注意開(kāi)孔的方向，盡可能使縫的長(cháng)邊平行于磁通流向，使磁路長(cháng)度增加最少。一般來(lái)說(shuō)，磁屏蔽不需要接地，但為防止電場(chǎng)感應，還是接地為好。電磁場(chǎng)在通過(guò)金屬或對電磁場(chǎng)有衰減作用的阻擋體時(shí)，會(huì )受到一定程度的衰減，即產(chǎn)生對電磁場(chǎng)的屏蔽作用。在實(shí)際的整改過(guò)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(xiàn)結構

 

有些頻率點(diǎn)是通過(guò)電路板上走線(xiàn)分布參數所決定的，通過(guò)前述方法不大有用，此類(lèi)整改通過(guò)在走線(xiàn)中增加小的電感、電容、磁珠來(lái)改變電路參數結構，使其移到限值要求較高的頻率點(diǎn)上。對于這類(lèi)干擾，要想從根本上解決其影響，就要重新布線(xiàn)。

 

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

 

EMC領(lǐng)域的三個(gè)重要規律和EMC問(wèn)題三個(gè)要素

 

一、EMC三個(gè)重要規律 

 

規律一、EMC費效比關(guān)系規律：EMC問(wèn)題越早考慮、越早解決，費用越小、效果越好。 

 

在新產(chǎn)品研發(fā)階段就進(jìn)行EMC設計，比等到產(chǎn)品EMC測試不合格才進(jìn)行改進(jìn)，費用可以大大節省，效率可以大大提高；反之，效率就會(huì )大大降低，費用就會(huì )大大增加。 經(jīng)驗告訴我們，在功能設計的同時(shí)進(jìn)行EMC設計，到樣板、樣機完成則通過(guò)EMC測試，是最省時(shí)間和最有經(jīng)濟效益的。相反，產(chǎn)品研發(fā)階段不考慮EMC，投產(chǎn)以后發(fā)現EMC不合格才進(jìn)行改進(jìn)，非但技術(shù)上帶來(lái)很大難度、而且返工必然帶來(lái)費用和時(shí)間的大大浪費，甚至由于涉及到結構設計、PCB設計的缺陷，無(wú)法實(shí)施改進(jìn)措施，導致產(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(guò)“圍追堵截”的方法通過(guò)相關(guān)EMC測試和認證的強制要求，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”的擺設了，因此真正要考量EMC問(wèn)題是要在產(chǎn)品設計時(shí)就要考慮進(jìn)去的，而不應該把主要對策放在產(chǎn)品測試階段。  

 

規律二、高頻電流環(huán)路面積S越大, EMI輻射越嚴重。高頻信號電流流經(jīng)電感最小路徑。當頻率較高時(shí)， 一般走線(xiàn)電抗大于電阻，連線(xiàn)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被測設備上的高頻電流環(huán)路產(chǎn)生的，最?lèi)毫拥那闆r就是開(kāi)路中的“天線(xiàn)形式”。對應處理方法就是減少、減短連線(xiàn)，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(xiàn)”，如不連續的布線(xiàn)或有天線(xiàn)效應之元器件過(guò)長(cháng)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(wèn)題（電源地與信號地）。

規律三、環(huán)路電流頻率f越高，引起的EMI輻射越嚴重，電磁輻射場(chǎng)強隨電流頻率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(gè)f規律，天縱經(jīng)驗上看很多是因為屏蔽和外殼設計或做工造成的，因為頻率越高，波長(cháng)越小，越是容易從外殼或屏蔽體的小縫隙中泄露出來(lái)。

 

二、EMC問(wèn)題三要素 

 

開(kāi)關(guān)電源及數字設備由于脈沖電流和電壓具有很豐富的高頻諧波，因此會(huì )產(chǎn)生很強的輻射。電磁干擾包括輻射型(高頻) EMI、傳導型(低頻)EMI，即產(chǎn)生EMC問(wèn)題主要通過(guò)兩個(gè)途徑:一個(gè)是空間電磁波干擾的形式;另一個(gè)是通過(guò)傳導的形式，換句話(huà)說(shuō)，產(chǎn)生EMC問(wèn)題的三個(gè)要素是：電磁干擾源、耦合途徑、敏感設備。輻射干擾主要通過(guò)殼體和連接線(xiàn)以電磁波形式干擾空間電磁環(huán)境；傳導干擾是通過(guò)電源線(xiàn)騷擾公共電網(wǎng)或通過(guò)其他端子（如：射頻端子，輸入端子）影響相連接的設備。       

 

 

T、AV設備可能的騷擾源：

 

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

B） 開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)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(chǎng)信號及高頻諧波； 

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

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

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

F） 對于敏感受體通過(guò)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(chǎng)。 

 

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(mǎn)足一定幅度, 數字電路才能按一定的時(shí)序工作，使晶振產(chǎn)生的騷擾呈現覆蓋帶寬、騷擾電平高的特點(diǎn)； 

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

⑤ 騷擾途徑：輻射，傳導，耦合和輻射、傳導、耦合的組合。 

⑥ 電源線(xiàn)傳導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。 

 

真傳一句話(huà)，假傳萬(wàn)卷書(shū)。我們清楚了EMC中的三個(gè)規律和三個(gè)要素，會(huì )使得EMC問(wèn)題變得簡(jiǎn)單和有規可循。了解了EMC的規律和傳播要素，其實(shí)解決EMC問(wèn)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(gè)因素，EMC問(wèn)題必然都能得到很大的改良。