電磁干擾的概念和預(yù)防在中國(guó)已經(jīng)逐漸受到重視，由于歐美國(guó)家對(duì)電磁干擾的要求，加上數(shù)字產(chǎn)品的廣泛使用，對(duì)電磁干擾的要求迫在眉睫。
EMI設(shè)計(jì)要點(diǎn)：
首先，我們必須在大腦中明確一個(gè)概念——在高頻中，自由空間的阻抗是377歐姆，對(duì)于一般EMI中的空間輻射，信號(hào)通過(guò)空間輻射，因?yàn)?/span>信號(hào)電路已經(jīng)達(dá)到與空間阻抗相比的程度，要理解這一點(diǎn)，我們需要做的是降低信號(hào)電路的阻抗。
控制信號(hào)電路的阻抗的主要方法是縮短信號(hào)的長(zhǎng)度，減少電路的面積，然后采用合理的端接來(lái)控制電路的反射。事實(shí)上，控制信號(hào)電路的一個(gè)簡(jiǎn)單方法是處理關(guān)鍵信號(hào)（特別是雙面板，因?yàn)?/span>雙面微帶模型阻抗有150歐姆，與自由空間相當(dāng)，可以提供幾十歐姆阻抗），請(qǐng)注意，因?yàn)?/span>電纜本身在高頻阻抗，所以使用地平面或電纜多次通過(guò)孔到地平面。我的許多設(shè)計(jì)都是在使用，以避免時(shí)鐘信號(hào)的輻射超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)。
此外，為了避免信號(hào)穿過(guò)分割區(qū)域，許多工程師將信號(hào)分割在地面上，但有時(shí)他們忘記了在這些區(qū)域布線(xiàn)，導(dǎo)致信號(hào)電路繞過(guò)大區(qū)域，實(shí)際上增加了布線(xiàn)長(zhǎng)度。
對(duì)于EMI傳導(dǎo)部分，重點(diǎn)是充分利用旁路電容器和去耦電容器。旁路電容器（提供交流短路線(xiàn)）必須布置在晶片電源管腳和接地線(xiàn)（平面）上。去耦電容器應(yīng)放置在電流需求變化較大的地方，以避免因電線(xiàn)阻抗（電感）而從電源和接地線(xiàn)上耦合干擾。當(dāng)然，磁珠的合理串聯(lián)可以吸收（轉(zhuǎn)換為熱能）。電感器有時(shí)也可以用來(lái)過(guò)濾干擾，但請(qǐng)注意，電感本身也有頻率響應(yīng)范圍，包裝也決定了其頻率響應(yīng)。以上是一些基本的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于EMI設(shè)計(jì)，你需要真正了解自己的設(shè)計(jì)，需要關(guān)注哪里，問(wèn)題會(huì)是什么現(xiàn)象，什么是替代方案，需要提前整理。
干擾正確的診斷：
事實(shí)上，如果我們把EMI視為一種疾病，當(dāng)然，通常的預(yù)防和維護(hù)是非常重要的。一旦有了正確的診斷，我們就可以快速康復(fù)。沒(méi)有正確的診斷，我們就找不到疾病的來(lái)源。
我們往往事半功倍，拖延時(shí)間。因此，在EMI問(wèn)題上，我們經(jīng)常看到EMI有問(wèn)題的產(chǎn)品。因?yàn)?/span>我們找不到EMI問(wèn)題的關(guān)鍵，我們花了很多時(shí)間和很多對(duì)策，但我們無(wú)法解決，包括專(zhuān)業(yè)的EMI工程師。在過(guò)去，當(dāng)談到EMI時(shí)，我們經(jīng)常強(qiáng)調(diào)對(duì)策方法，甚至視為許多對(duì)策的秘密決策或獨(dú)特技巧。然而，沒(méi)有正確的診斷，產(chǎn)品中添加了大量的EMI抑制組件，其結(jié)果往往只會(huì)使EMI情況更糟。當(dāng)我第一次接觸到產(chǎn)品EMI對(duì)策的修改時(shí)，我會(huì)聽(tīng)到高級(jí)EMI工程師說(shuō)，如果我刪除了所有的EMI對(duì)策，我就可以通過(guò)測(cè)試。起初，我以為這是個(gè)笑話(huà)。
現(xiàn)在回想起來(lái)，這是一次非常寶貴的經(jīng)歷。然后我聽(tīng)到許多EMI工程師談?wù)?/span>類(lèi)似的經(jīng)歷。本文將舉例，讓讀者更好地了解EMI的對(duì)策理念。
一般來(lái)說(shuō)，關(guān)于如何解決EMI問(wèn)題，大多數(shù)都sebycase。當(dāng)然，在對(duì)策方面，每個(gè)產(chǎn)品的特點(diǎn)和電路板布線(xiàn)都不一樣，所以不可能用幾套方法解決所有EMI問(wèn)題。但是，長(zhǎng)期以來(lái)，我們一直想處理EMI問(wèn)題，做出適當(dāng)的對(duì)策。此外，我們還提供專(zhuān)業(yè)EMI工程師的參考方法。在這里，我們整理了一些電磁干擾和對(duì)策的經(jīng)驗(yàn)，希望對(duì)讀者有所幫助。
EMI初步診斷步驟：
我們?cè)?/span>EMI診斷中提出了一套參考步驟，希望以系統(tǒng)的方式快速發(fā)現(xiàn)EMI的問(wèn)題。我們還沒(méi)有準(zhǔn)備好討論一些理論計(jì)算或公式演繹，這將在實(shí)踐中解釋。
當(dāng)一個(gè)產(chǎn)品不能通過(guò)EMI測(cè)試時(shí)，首先要有一個(gè)想法，找出不能通過(guò)的問(wèn)題點(diǎn)。此時(shí)，我們不能有主觀的想法。我們應(yīng)該在那些地方采取對(duì)策。經(jīng)常有許多經(jīng)驗(yàn)豐富的EMI工程師。
由于修改了許多相關(guān)產(chǎn)品，他們也非常了解產(chǎn)品可能導(dǎo)致EMI問(wèn)題的地方，并且習(xí)慣于直接開(kāi)處方。當(dāng)然，它們通常可能非常有效，但偶爾很難修改。后來(lái)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的關(guān)鍵是最初認(rèn)為不可能的地方。這種疏忽的原因是它太主觀了。因此，無(wú)論我們是否熟悉產(chǎn)品特性，我們都應(yīng)該逐一確認(rèn)，甚至多次確認(rèn)。這是因?yàn)?/span>EMI問(wèn)題往往是復(fù)雜的，而不是單一的。因此，反復(fù)確認(rèn)對(duì)EMI問(wèn)題的診斷非常重要。
我們詳細(xì)列出了初步診斷步驟，并解釋了它們的關(guān)鍵點(diǎn)。這些步驟似乎非常普通和簡(jiǎn)單。與介紹對(duì)策和方法不同，各種理論技巧層出不窮，變化神秘。事實(shí)上，許多資深EMI工程師在處理對(duì)策時(shí)大部分時(shí)間都在重復(fù)這些步驟和判斷。作者應(yīng)該再次強(qiáng)調(diào)，解決EMI問(wèn)題的I問(wèn)題的關(guān)鍵，才是解決EMI問(wèn)題的好方法。如果僅僅依靠理論猜測(cè)或經(jīng)驗(yàn)判斷，有時(shí)會(huì)花費(fèi)更多的時(shí)間和精力。
電磁兼容(EMC)整改步驟1:
將桌子轉(zhuǎn)移到待測(cè)(EUT)大發(fā)射位置，初步診斷可能的原因，關(guān)閉EUT電源確認(rèn)。
由于EMI測(cè)試，EUT必須轉(zhuǎn)動(dòng)360度，天線(xiàn)從1m變化到4m，以記錄大輻射。同樣，當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)我們無(wú)法通過(guò)測(cè)試時(shí)，我們首先將天線(xiàn)位置轉(zhuǎn)移到噪聲接收高度，然后將桌子轉(zhuǎn)移到一個(gè)不同的角度。此時(shí)，我們知道EUT對(duì)天線(xiàn)的輻射很強(qiáng)，所以我們可以初步推測(cè)可能的原因，如屏蔽不良或靠近輻射源或電線(xiàn)電纜等。
此外，需要注意的是關(guān)閉EUT電源，看看噪音是否存在，以確定噪音確實(shí)是由EUT產(chǎn)生的。我曾經(jīng)看到，Monitor的測(cè)試一直無(wú)法解決某種干擾。因此，它的噪音是由PC而不Monitor引起的。還有一些問(wèn)題是，在OPENSITE測(cè)試中，Monitor發(fā)現(xiàn)某些點(diǎn)無(wú)法通過(guò)。測(cè)試接收儀器的聲音應(yīng)由Monitor產(chǎn)生。因此，關(guān)閉電源發(fā)現(xiàn)噪音仍然存在，因此關(guān)閉EUT電源的步驟是必要的，通常很容易被忽略。
電磁兼容(EMC)整改步驟2:
逐一拆除連接EUT的周?chē)?/span>電纜，查看干擾噪聲是否減少或消失。如果干擾頻率減少或甚至消失，則電纜已成為天線(xiàn)輻射機(jī)板內(nèi)的噪聲。事實(shí)上，我們可以用一個(gè)非常簡(jiǎn)單的模式來(lái)表達(dá)仔細(xì)分析導(dǎo)致EMI的關(guān)鍵。
任何EMI的Source都必須有天線(xiàn)才能產(chǎn)生輻射。如果只有單獨(dú)的噪聲源而沒(méi)有天線(xiàn)，輻射量很小。如果連接到天線(xiàn)，由于天線(xiàn)效應(yīng)，能量會(huì)輻射到空間。因此，除了處理噪聲的（Source）外，EMI對(duì)策還重要檢查破壞輻射條件的天線(xiàn)。
在過(guò)去，我們經(jīng)常看到，談?wù)?/span>EMI對(duì)策離不開(kāi)屏蔽、濾波和接地。對(duì)于接地，一塊電路板通常是固定的，不能再處理了，因?yàn)?/span>這部分必須在電路板布線(xiàn)時(shí)仔細(xì)考慮。如果電路板已經(jīng)完成，此時(shí)可變的空間將非常小。一般來(lái)說(shuō)，我們只能找到噪音低的接地，并用較厚的接地線(xiàn)連接，以減少共模（Commonmode）的噪音。
屏蔽所涉及的材料和成本也很高。過(guò)濾器的方法是經(jīng)常可見(jiàn)的Bead電感，這通常不是很有效。很多時(shí)候，我們沒(méi)有解決輻射的天線(xiàn)效應(yīng)。一般來(lái)說(shuō)，噪聲的能量不會(huì)因添加一些對(duì)策組件而消失，即能量不會(huì)減少。我們要做的是如何避免噪聲輻射到空間（輻射測(cè)試）或電源（傳導(dǎo)測(cè)試）。
在此我們整理了產(chǎn)生輻射常見(jiàn)的幾種情形供讀者參考：
（1）連接到機(jī)器外部的電纜成為輻射天線(xiàn)
由于機(jī)器外部連接的電纜成為天線(xiàn)效應(yīng)，噪聲輻射到空間。此時(shí)，噪聲的大小與電纜的長(zhǎng)度有關(guān)。由于電纜的天線(xiàn)效應(yīng)大于噪聲半波長(zhǎng)時(shí)的共振，EMI往往無(wú)法通過(guò)測(cè)試。在解決這個(gè)問(wèn)題之前，我們必須做出一些判斷，否則很容易忽視和浪費(fèi)時(shí)間。
(a)噪聲由機(jī)器內(nèi)部電路板或接地產(chǎn)生
這種情況是取下電纜或添加一個(gè)可能性來(lái)降低或消失噪音。此時(shí)，必須做的一步是將電線(xiàn)靠近機(jī)器（無(wú)需直接連接），看看噪聲是否存在。如果噪聲沒(méi)有上升，則可以確定它是由機(jī)器內(nèi)部產(chǎn)生的。如果電纜靠近，干擾噪聲立即上升，請(qǐng)參考（b）的說(shuō)明。
(b)噪聲是將機(jī)器內(nèi)部耦合到電纜上，使電纜成為輻射天線(xiàn)
許多測(cè)試工程師很容易忽略這一點(diǎn)。正如（a）所述，只要電纜靠近，就可以看到頻譜上的噪聲立即上升，這意味著噪聲不僅僅是在線(xiàn)輻射，而是機(jī)器本身的噪聲能量相當(dāng)大，一旦天線(xiàn)靠近，就會(huì)立即與天線(xiàn)相連，輻射出來(lái)。在實(shí)際測(cè)試中，我們發(fā)現(xiàn)許多通信產(chǎn)品都有這種情況，如果只是使用core或bead來(lái)處理，這并不能真正解決這個(gè)問(wèn)題。
(2)機(jī)器內(nèi)部的引線(xiàn)，連接線(xiàn)成為輻射天線(xiàn)
由于許多產(chǎn)品中經(jīng)常有一些電線(xiàn)相互連接到工作室，當(dāng)這些電線(xiàn)靠近噪聲源時(shí)，它們很容易成為天線(xiàn)，并輻射噪聲。根據(jù)這一點(diǎn)，我們可以在200MHz以下的噪聲中添加一個(gè)可以判斷噪聲是否減少，對(duì)于200MHz以上的高頻噪聲，我們可以前后移動(dòng)線(xiàn)的位置，看看噪聲是否會(huì)增加或減少。
(3)電路板上的布線(xiàn)成為輻射天線(xiàn)。
由于走線(xiàn)太長(zhǎng)或靠近噪聲源而本身被藕合成為發(fā)射天線(xiàn)，此種情形當(dāng)外部電纜都取下，而僅剩電路板時(shí)，在頻譜儀上可看見(jiàn)噪聲依然存在，此時(shí)可用探棒測(cè)量電路板噪聲強(qiáng)的地方，找到輻射的問(wèn)題加以解決。關(guān)于探測(cè)的工具及方法，在之后詳細(xì)說(shuō)明。
(4)電路板上的部件成為輻射源。
由于使用的IC或CPU本身在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生很大的輻射，EMI測(cè)試無(wú)法通過(guò)。這種情況經(jīng)過(guò)(1)、(2)、(3)的分析后，噪音依然存在。通常的解決辦法是更換類(lèi)似的組件，看EMI的特性是否會(huì)更好。此外，當(dāng)電路板重新布線(xiàn)時(shí)，將其放置在影響較小的位置，即附近沒(méi)有I/OPort和連接線(xiàn)。當(dāng)然，如果情況允許，用金屬外殼覆蓋整個(gè)組件也是一種快速有效的方法。
通過(guò)以上分析和介紹，我們可以理解電磁干擾輻射的關(guān)鍵是電線(xiàn)的問(wèn)題。當(dāng)天線(xiàn)條件適當(dāng)時(shí)，很容易產(chǎn)生干擾。此外，電源線(xiàn)往往是天線(xiàn)效應(yīng)的主要原因，在許EMI對(duì)策中容易被忽視。
電磁兼容(EMC)整改步驟3:
如果電源線(xiàn)不能移動(dòng)，可以?shī)A住Core或水平垂直擺動(dòng)，看噪音是否降低或變化。如果產(chǎn)品有電池設(shè)備，可以取下電源線(xiàn)進(jìn)行判斷，如NotebookPC。
如上述電源線(xiàn)往往成為輻射天線(xiàn)，特別是Desktopc產(chǎn)品，通常超過(guò)300MHz的噪聲會(huì)從空間連接到電源線(xiàn)，因此有必要判斷產(chǎn)品的電源線(xiàn)是否被感染。由于噪聲頻帶的影響，200MHz以下可以通過(guò)加Core（一次多加幾個(gè)）來(lái)判斷。對(duì)于200MHz以上的噪聲，由于Core此時(shí)效果不大，可以水平垂直放置電源線(xiàn)，看干擾噪聲是否不同。如果水平和垂直有明顯差異，可以在擺動(dòng)電源線(xiàn)的同時(shí)查看頻譜儀（Spectrum）上的噪聲大小是否發(fā)生變化，從而知道電源線(xiàn)是否受到干擾。
至于如何解決電源線(xiàn)產(chǎn)生的輻射，一般不容易處理，通常先找到降低機(jī)器噪聲的方法，以避免電源線(xiàn)的二次輻射，使用Shielded線(xiàn)一般對(duì)輻射影響不大，所以更換不同長(zhǎng)度的電源線(xiàn)，有時(shí)效果很好。
由此我們可以知道，除了遠(yuǎn)離I/OPort外，還應(yīng)盡量遠(yuǎn)離電源線(xiàn)和Switchingpowersupply板，以免與電源線(xiàn)連接，使輻射和傳導(dǎo)無(wú)法通過(guò)測(cè)試。
電磁兼容(EMC)整改步驟4:
檢查電纜接頭端的接地螺釘是否擰緊，外端接地是否良好。在根據(jù)前三種方法大致發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，我們必須再做一些檢查，因?yàn)橥ㄟ^(guò)這些檢查，我們可以通過(guò)EMI測(cè)試，而無(wú)需任何修改。例如，檢查電纜端的螺釘是否鎖緊，有時(shí)擰緊松動(dòng)的螺釘，以增強(qiáng)電纜的屏蔽效果。此外，還可以檢查機(jī)器外部的Connector接地是否良好。如果外殼是金屬的，可以考慮刮掉Conector上的油漆，使其接地效果更好。此外，如果使用Shielded電纜，必須檢查接頭端外覆的金屬綱是否與其鐵蓋緊密。許多糟糕的屏蔽線(xiàn)（RS232）主要是由于線(xiàn)路接頭的外覆屏蔽金屬綱和接頭的接地密封，無(wú)法充分達(dá)到屏蔽效果。
各種接頭，如Keyboard和Powersupply，往往會(huì)影響干擾噪聲的輻射，因?yàn)榻宇^的插頭與機(jī)器上的插座密封性不好。檢查方法可以拔出接頭，看噪音是否降低。減少意味著兩種書(shū)可以，一種是在線(xiàn)輻射干擾，另一種是接頭之間接觸不良。此時(shí)插入接頭，用手微搖動(dòng)接頭端左右，看噪音是否會(huì)降低或消失。如果減少，可以用銅箔膠帶將Keyboard或Powersupply的連接器粘貼一圈，以增加其與機(jī)器接頭的密封性。這也是實(shí)際測(cè)量中容易被忽視的原因。
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