电路设计_《EMI_EMC设计秘籍》摘录

一、EMC工程师必须具备的技能

1.EMC基本测试项目以及测试过程掌握

2.产品对应EMC的标准掌握

3.产品的EMC整改定位思路掌握

4.产品的各种认证流程掌握

5.产品硬件知识，对电路的了解

6.EMC设计整改元器件使用掌握

7.产品结构屏蔽设计技能掌握

8.对EMC设计如何介入各个研发阶段流程掌握

二、EMC常用元件介绍

1.共模电感：在平衡线路中能有效的抑制共模干扰信号，而对线路正常传输的差模信号无影响

制作要求：匝间不发生击穿短路，磁芯不出现饱和，磁芯与线圈绝缘，线圈尽可能绕指单层，减小线圈的寄生电容。

共模阻抗越大越好，根据阻抗频率曲线选择。注意考虑差模阻抗对信号的影响，关注差模阻抗，特别注意高速端口。

2.磁珠：

等效于电阻和电感的并联，低频下电阻被电感短路，高频下电感阻抗变得相当高。

相比电感，具有更好的高频滤波特性。

应用于印制电路板、电源线和数据线上。可以滤除高频干扰，尖峰干扰和吸收静电放电脉冲干扰的能力。

选择的参考：根据频率和阻抗的特性曲线图，一般以100MHz为标准。针对我们所要滤波的频段需要选取磁珠阻抗越大越好，通常情况下选取600欧姆阻抗以上的。另外需要注意通流量，一般需要降额80%处理。

3.滤波电容器：

当要滤除的噪声频率确定时，可以通过调整电容的容量，使谐振点刚好落在骚扰频率上。

当噪声频率高达数百MHz，甚至超过1GHz，必须使用穿心电容有效的滤除。普通电容不行的原因：1、电容引线电感造成电容谐振，对高频信号呈现较大的阻抗，削弱了对高频信号的旁路作用，2、导线之间的寄生电容是高频信号发生耦合，降低了滤波效果。

穿心电容可以直接安装在金属面板上，利用金属面板起到高频隔离的作用。要注意安装的问题，穿心电容最大的弱点是怕高温和温度的冲击，焊接时造成很大的困难。

目前，设备内部强弱电混合安装、数字逻辑电路混合安装的情况越来越多，电路模块之间的相互骚扰成为严重的问题。解决这种相互骚扰的方法之一是利用金属隔离舱将不同性质的电路隔离开。当不同电路间有大量的联线时，安装大量的穿心电容是十分困难的事情，国外许多厂商开发了“滤波阵列板”解决这一问题，成本很高，每针的价格约30元。

三、EMI/EMC经典问答

EMC三要素：辐射源，传播途径，受害体

电磁兼容设计包含的内容： 电路设计，软件设计，线路板设计，屏蔽结构，信号线/电源线滤波、电路的接地方式设计。

电磁兼容领域要描述的是幅度和频率范围方面的内容

了解EMC方面的标准，如EN55022（GB9254），EN55024，简单测试原理，PCB布局、层叠结构、高速布线对EMC的影响和规则，掌握一些分析和解决思路。

安规知识标准GB4943或UL60950

电磁兼容设计的基本原则，应考虑的问题：噪声频率，滤波效率，纹波和瞬变电压大的电路 （选择电容类型） ，使用磁芯电感需注意饱和特性。尽量使用屏蔽的继电器，变压器。防止信号间的骚扰耦合。

电感传感器测试：尽量在屏蔽环境下，至少要屏蔽传感器前级；使用差分探头；减少振铃，必要时插入共扼电抗器；使用电流放大模式，提高性能，降低调试难度；尽量能低频则低频，能隔直则隔直；注意AD转换前的抗混叠滤波，以及软件滤波，提高数据稳定性。

GPS产品可以加ESD Filter，防静电和抗电磁干扰。厂家：泰克，佳邦，韩国ICT等。

空间距离对辐射影响很大，做局部屏蔽，通过磁珠和电容去耦。

差分信号其实是模拟信号，而数字信号是模拟信号用门限电平化后的取样结果

差分端口是一个四端口网络，存在差模和共模两种分析方法

差分信号通常进入差分驱动电路，放大后得到差分信号，差分放大器一个很重要的指标就是共模抑制比Kcmr = Adm （差模）/Acm（共模）

电机设计可以使用RMxpert来设计优化电机参数，Maxwell2D来仿真EMI实际辐射。

空气放电8K时32K晶振停振：有金属的话，空气放电和接触放电效果差不多，建议在金属架上喷绝缘漆试试。

Ansoft的PCB单板噪声和辐射仿真工具SIwave和任意三维结构的高频结构仿真器HFSS分别可以仿真单板和系统近场和远场辐射，以及在有限屏蔽环境下的EMI辐射。

HyperLynx主要做SI和crosstalk的仿真。

提高隔离度的方法：分层，去耦，单点连接，可利用Ansoft和SIwave仿真。

有的时候2个自带有电源的部件连接后，产生了莫名其妙的干扰，用瓷片电容跨接在2个电源间，干扰就没了。

PCB设计如何避免高频干扰：尽量降低高频信号电磁场的干扰，也就是所谓的串扰（crosstalk），拉大高速信号和模拟信号之间的距离。通过匹配或拓扑解决干扰信号的反射、过冲等问题。

高速布线原则：用安排走线和PCB叠层的技巧来解决或减少EMI的问题，如高速信号走内层，最后用电阻电容或ferrite bead的方式，以降低对信号的伤害。

电感的感抗大小与电感值和频率有关。如果电源的噪声频率较低，而电感值又不够大，这时滤波效果可能不如RC。RC存在耗能和功率匹配的问题。

电感的选择需考虑想滤除的噪声频率和瞬时电流的反应能力。

电容则要考虑纹波噪声大小，ESR/ESL的影响。

地线不应布成闭合形式，而是树枝状较好。

41问为电源地的层叠方案

汽车上的电子产品主板最好是至少4层板，电源线加磁环，做好屏蔽。

上拉电阻是增加抗干扰能力的，一般取值Vcc/1ma~10K；串联是阻尼用的，一般取33欧姆~470欧姆，串接电阻将有效抑制反射

经常遇到的EMC问题

一般的电子产品：RE--辐射，CE--传导，ESD--静电

通讯类电子产品：RE，CE，ESD，Surge--浪涌（雷击）

医疗机械类：ESD，EFT--瞬态脉冲抗干扰，CS--传导抗干扰，RS--辐射抗干扰

针对北方干燥地区，ESD--静电要求很高

针对四川和一些西南多雷地区，EFT防雷要求很高

去除IC的电磁干扰：压敏电阻和瞬态电压抑制器TVS

交流继电器吸合瞬间导致单片机复位：继电器线圈的电弧或大负载的变化引起的电磁干扰，可在交流接触器线圈两端并联一电阻和电容串联的阻容吸收电路，电容的容量在0.01uF---0.47uF之间，耐压高于线圈额定电压的2--3倍。

金属外壳的产品应处理好接地的问题，有利于ESD防护。

如何制作一个简易的近场探头：将同轴电缆的外层剥开，使芯线暴露出来，将芯线绕成一个直径1~2厘米小环（1~3匝），焊接在外层上。

电源适配器可能造成辐射发射（RE）测试不通过，尽管开关电源频率只有KHz级别，但往往干扰能够到几十几百MHz，同时电源适配器的负载不同，空间辐射测试的测试结果也会不一样。

电感感抗的计算公式：XL（感抗）= 2πfL（单位：欧姆），f 频率，L 电感值

0欧姆电阻的作用

D类功放在PCB布线的时候应注意哪些

模拟信号突然消失，造成干扰，导致系统不稳定，需通过加对地电容，提供吸收放电电路。

四、产品内部的EMC设计技巧

A、地线设计

数字系统设计时，将接地线做成闭环路可以明显的提高抗噪声能力。

B、电磁兼容设计

选择合理的导线宽度，导线的电感量和长度成正比，与宽度成反比。分立组件电路，宽度在1.5mm左右，集成电路，宽度可在0.2--1.0之间。尽量采用井字形网状布线结构。

C、去耦电容配置

D、印制电路板的尺寸与器件的布置

E、散热设计

五、电磁干扰的屏蔽方法

1、EMC问题来源

2、金属屏蔽效率

3、EMI抑制策略

4、屏蔽设计难点

5、衬垫及附件

六、EMC设计融入到产品研发流程

1、业界面临挑战

2、业界面临问题

3、系统流程法

4、系统流程法简介

产品总体方案设计，产品详细方案设计，产品原理图设计，产品PCB设计，产品结构设计方案，产品初样试装，产品EMC摸底验证，产品认证。

5、系统流程法实施效果

EMC设计同步产品设计，一次性把事情做好。