電磁兼容的問(wèn)題真的又這么難么？今天讓我們拋開(kāi)事物的謎團，掌握其本質(zhì)，徹底了解和掌握電磁兼容產(chǎn)生的原因并找到解決的方法，讓工程師睡個(gè)安穩覺(jué)。眾所周知，張飛老師提出的破解模擬硬件設計三大定律，第一，源、回路、阻抗；第二，電路是一個(gè)波形的整形，從無(wú)用的波形最終整形有用的波形，包括形態(tài)、相位的整形；第三，對元器件的參數、封裝、魯棒性、成本要熟知，這樣才把產(chǎn)品設計在臨界區。我們在此可以運用第一大定律源、回路、阻抗來(lái)融入到產(chǎn)品設計中，用第二大定律的波形測量分析來(lái)輔助我們整改電磁兼容問(wèn)題，用第三大定律的元器件，封裝來(lái)優(yōu)化電磁兼容問(wèn)題。

 

電磁兼容，簡(jiǎn)稱(chēng)EMC（electromagnetic compatibility)。它包含兩個(gè)方面，一個(gè)是干擾其他的電器產(chǎn)品，簡(jiǎn)稱(chēng)EMI(electromagnetic interference)，即電磁干擾；另一個(gè)是被其他電器產(chǎn)品干擾，叫抗干擾性，我們用EMS（electromagnetic susceptibility）表示。

 

要想解決電磁兼容問(wèn)題，我們要先理解頻率帶寬的問(wèn)題。通俗講帶寬是信號的頻率，而信號頻率本質(zhì)是信號的速度。那么信號速度的本質(zhì)是什么？是信號的上升斜率和下降斜率。信號斜率（包含信號的上升斜率和下降斜率，這里統稱(chēng)），信號斜率越慢，則其絕大多數只能通過(guò)導線(xiàn)傳播，它的頻率一般在0-30M Hz之間，這就是我們傳導測試重點(diǎn)測試的地方。信號的斜率越快（一般的頻率在30M Hz-3Z Hz之間，這就是所謂的帶寬）則可以借助天線(xiàn)向空間輻射，這樣的天線(xiàn)可以包括電源的引入線(xiàn)，包括元器件的圓角，包括走線(xiàn)的直角等。

 

 

EMC測量的內容包含2個(gè)方面，第一傳導測試，第二輻射測試。傳導測試主要測量引出線(xiàn)，輻射測試主要測試空間4米天線(xiàn)、10米天線(xiàn)兩種。

 

 

 

 

 

ESD測試是關(guān)于靜電測試，當靜電打向產(chǎn)品的時(shí)候，產(chǎn)品不會(huì )出現異常跑飛的現象的測試。

 

 

 

一般來(lái)講，我們把輸入的無(wú)用信號，統稱(chēng)為噪音。最早的時(shí)候，由于電源發(fā)出一些聲響，我們把這樣的聲響稱(chēng)為噪音，但是實(shí)際上人耳接受頻段的能力是有限的，2Hz-2KHz。實(shí)際上更多的頻段的信息（無(wú)用信號）是人耳聽(tīng)不見(jiàn)的，因此我們把凡是對器件本身無(wú)用的信號稱(chēng)為噪音。簡(jiǎn)而言之，一切無(wú)用的波形皆為噪音。

 

那么，構成干擾要有三要素，騷擾源，傳播途徑，敏感設備。騷擾源分兩種，一種是電場(chǎng)的騷擾源，一種是磁場(chǎng)的騷擾源。

 

干擾示意圖
 

從第一大定律去分析，源--這里的源指的騷擾源，騷擾源包括電場(chǎng)引起的擾動(dòng)，磁場(chǎng)引起的擾動(dòng)，統稱(chēng)電磁場(chǎng)引起的擾動(dòng)。那么從這個(gè)頻段角度來(lái)說(shuō)，30M以下的傳導擾動(dòng)和30M以上的輻射擾動(dòng)?；芈?-那么30M以下的傳導擾動(dòng)，它的傳播路徑（回路）是引線(xiàn)，也包含PCB走線(xiàn)；30M以上的擾動(dòng)，它的傳播路徑是空間，由天線(xiàn)發(fā)射和接收的空間。阻抗--阻抗就是說(shuō)在回路中對波形衰減的能力稱(chēng)為阻抗。從兩個(gè)大方向去解答，依舊從傳導和輻射來(lái)分析。首先，討論下傳導阻抗的問(wèn)題。傳導的阻抗可以在電路中有兩個(gè)方面，第一個(gè)方面是差模干擾的問(wèn)題，第二個(gè)是共模干擾的問(wèn)題。

 

差模干擾是指兩條電源線(xiàn)之間（wire to wire）的，主要通過(guò)選擇合適的電容（X電容，也稱(chēng)安規電容），和差模線(xiàn)圈來(lái)進(jìn)行抑制和衰減。共模干擾則是兩條電源線(xiàn)分別對大地（簡(jiǎn)稱(chēng)線(xiàn)對地）的，主要通過(guò)選擇合適的電容（Y電容，也是安規級別的），和共模線(xiàn)圈來(lái)進(jìn)行抑制和衰減。我們常用的低通濾波器，一般會(huì )同時(shí)具有抑制共模和差模干擾的功能。

 

如下圖，低通濾波器原理圖

 

低通濾波器原理圖
 

如圖1，3為差模電容，2為共模電感，4為共模電容。

 

1，2，3共同組成的叫π型濾波器，1，3組成的電容主要是濾兩根線(xiàn)之間的信號差，因此而得名。一般這兩個(gè)電容的取值在0.22 uf-1.5 uf。在出現干擾超標的時(shí)候，一般解決方法是把這兩個(gè)電容的值加大，但隨著(zhù)電容容值加大，會(huì )導致漏電流加大，這點(diǎn)需要注意。

 

由于差模電容是接在L和N線(xiàn)兩線(xiàn)之間，那么它和后面的負載實(shí)際上是并聯(lián)關(guān)系。又由于電容對低頻次的信號有很強的阻礙作用，對高頻次的信號有很強的導通作用，及低阻抗作用。當50Hz-60Hz低頻交流信號流過(guò)電容兩端的時(shí)候，由于電容的阻抗表現極其大，所以電容不起任何作用，等于沒(méi)有這個(gè)電容。當差模信號通過(guò)的時(shí)候（差模信號一般是高頻無(wú)用信號），那么電容表現為通路，阻抗很小，在高頻信號下，則電容相當于將后面負載短路，那么后面負載就不會(huì )受高頻信號的干擾。如圖差模電容工作原理所以。以上是運用張老師第一大定律源、回路、阻抗來(lái)分析差模電容特性。

 

差模電容工作原理
 

2為共模電感，這個(gè)上面有兩根獨立的線(xiàn)圈，方向相反的繞制在同一個(gè)圓形閉合的磁芯上。由于這兩根導線(xiàn)大小相等，反向相反，因此產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消了。共模電感和后面中的負載是串聯(lián)關(guān)系，當有差分信號通過(guò)時(shí)（差模信號一般是高頻無(wú)用信號），由于電感對電流的變化有阻礙作用，那么此時(shí)電感表現為大電阻，而后面負載類(lèi)似于小電阻，則電感承擔了絕大多數高次諧波的壓降。根據電阻分壓原則，后面的負載分得的電壓接近于零。當50Hz-60Hz低頻交流信號流過(guò)電感兩端的時(shí)候，由于電感的感抗表現極其小，所以電感幾乎不起任何阻礙作用，等于沒(méi)有這個(gè)電感。所以我們說(shuō)這個(gè)電感對差分信號起作用。如圖共模電感工作原理所示。以上仍然是運用張老師第一大定律源、回路、阻抗來(lái)分析共模電感特性。共模電感的感量選型一般在幾百微亨到幾毫亨級別。

 

共模電感工作原理
 

4為共模電容，這兩個(gè)電容由于分別連接著(zhù)L和N兩根線(xiàn)且對大地的（不是電路中的地，一般電路中的地為GND，也為浮地，而共模電容的地為大地earth），呈Y型狀，因此而得名。由于Y電容一端連接著(zhù)大地，那么它和后面負載實(shí)際上并聯(lián)關(guān)系的。如圖共模電容工作原理，當50Hz-60Hz低頻交流信號流過(guò)Y電容兩端的時(shí)候，由于電容的阻抗表現極其大，相當于斷路，不導通。當共模信號通過(guò)的時(shí)候（共模信號一般是高頻無(wú)用信號），那么電容表現為通路，阻抗很小，高頻信號通過(guò)Y電容到大地，那么后面負載就不會(huì )受高頻信號的干擾。以上仍然是運用張老師第一大定律源、回路、阻抗來(lái)分析共模電容特性。共模電容的取值一般在2200pF-6800pF,其值越大，越容易解決干擾問(wèn)題，但是漏電也越大，取值要甚重。

 

共模電容工作原理
 

當電路中的正常電流流經(jīng)共模電感時(shí)，電流在同相位繞制的電感線(xiàn)圈中產(chǎn)生反向的磁場(chǎng)而相互抵消，此時(shí)正常信號電流主要受線(xiàn)圈電阻的影響(和少量因漏感造成的阻尼);當有共模電流流經(jīng)線(xiàn)圈時(shí)，由于共模電流的同向性，會(huì )在線(xiàn)圈內產(chǎn)生同向的磁場(chǎng)而增大線(xiàn)圈的感抗，使線(xiàn)圈表現為高阻抗，產(chǎn)生較強的阻尼效果，以此衰減共模電流，達到濾波的目的。

 

一般濾波器不單獨使用差模線(xiàn)圈，因為共模電感兩邊繞線(xiàn)不一致等原因，電感必定不會(huì )相同，因此能起到一定的差模電感的作用。如果差模干擾比較嚴重，就要追加差模線(xiàn)圈。