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簡(jiǎn)單的EMC小課堂

更新時(shí)間:2022-02-07      點(diǎn)擊次數:669

一、什么是EMC?EMC即電磁兼容,一個(gè)電子系統如果能與其他電子系統相兼容工作,既不產(chǎn)生干擾也不對外界干擾敏感的話(huà),就稱(chēng)該電子系統與其環(huán)境電磁兼容。以下是消費類(lèi)電子電磁輻射測試簡(jiǎn)單示意圖:

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目前,世界上很多國家針對電子產(chǎn)品的EMC問(wèn)題已經(jīng)制定了一系列法規,如果無(wú)法通過(guò)相關(guān)的EMC測試標準,該電子產(chǎn)品將無(wú)法投放市場(chǎng),由此可見(jiàn)EMC對于電子產(chǎn)品的重要性。既然電磁兼容如此重要,當遇到與之相關(guān)的問(wèn)題該怎么辦呢?以下是小編的一點(diǎn)小小的總結,希望能起到一點(diǎn)點(diǎn)拋磚引玉的作用。

二、牢記EMC三要素

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EMC電磁能量由輻射源產(chǎn)生后,通過(guò)電磁場(chǎng)的方式進(jìn)行耦合傳輸,最后被接收器接收,這三方面構成了EMC問(wèn)題的基本框架,無(wú)論是進(jìn)行電子產(chǎn)品的EMC設計還是對已有產(chǎn)品進(jìn)行EMC整改,都是圍繞這三個(gè)方面進(jìn)行,與此對應的防止干擾的途徑有三種:

(1)抑制源的發(fā)射;

(2)盡可能使耦合路徑無(wú)效;

(3)使接收器對發(fā)射不敏感。

2.1抑制源的發(fā)射

電磁輻射的源頭是電路中產(chǎn)生變化的電信號,如變化的電壓或電流,在數字系統中這種電信號很常見(jiàn),比如時(shí)鐘信號,數據以及DCDC開(kāi)關(guān)電源等,這些信號并不是理想的方波信號,波形可能是如下圖這種:

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由傅里葉變換可知,任何時(shí)域信號都能進(jìn)行頻域轉換,其中數字脈沖信號在時(shí)域的快速上升/下降時(shí)間是該信號在頻域中高頻譜分量的主要源頭,由E=kAIf^2/D可知頻率f越高,其輻射能力越強,而數字設備由于脈沖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。

那么我們說(shuō)要抑制源的發(fā)射該怎么做呢?由上面已經(jīng)知道源的高頻分量主要與信號的上升/下降時(shí)間有關(guān),所以如果能減緩數字信號的上升/下降時(shí)間對EMC將起到非常大的作用,在常見(jiàn)的整改措施中,我們通常會(huì )在一些數字脈沖信號輸出引腳處對地并聯(lián)一個(gè)小電容,也是同樣的道理。

2.2盡可能使耦合路徑無(wú)效

電磁輻射主要通過(guò)兩種方式傳遞干擾,一種是以空間電磁波形式傳遞干擾,另一種是通過(guò)在導線(xiàn)中以傳導形式傳遞干擾。前者是高頻電流利用殼體和連接線(xiàn)以電磁波形式污染空間電磁環(huán)境,后者則是干擾通過(guò)電源線(xiàn)騷擾公共電網(wǎng)或其他端子影響相連的設備。

如何使耦合路徑無(wú)效?屏蔽和濾波都是比較常用的手段??梢詫⑤椛湓雌帘纹饋?lái)減少其空間輻射,對于通過(guò)導線(xiàn)輻射出來(lái)的干擾,通常需要結合多種手段,常用的濾波器件有電容、電感、磁珠以及共模電感,對于不同子系統之間的線(xiàn)纜,還需要考慮是否需要對線(xiàn)纜進(jìn)行屏蔽,因為如果干擾通過(guò)空間耦合到電纜再輻射出來(lái),對端口的濾波效果就體現不出來(lái)了。

案例:以下是對一個(gè)車(chē)載中控屏做的EMC整改測試數據,其EMC問(wèn)題是LVDS屏時(shí)鐘(時(shí)鐘信號52MHz)的高次諧波輻射超標,一般的處理方式是在信號端口輸出端對差分對信號加共模濾波器,由于原先沒(méi)有預留位置,加上LVDS信號線(xiàn)太細無(wú)法加共模,后面對信號線(xiàn)中的數據線(xiàn)并聯(lián)了小容值的電容,時(shí)鐘信號加小容值電容無(wú)法正常顯示,只能串聯(lián)了兩個(gè)小阻抗的磁珠,并對屏排線(xiàn)進(jìn)行了屏蔽處理,以下是處理前后數據對比:

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整改前數據

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整改后數據

從數據對比可以看出,通過(guò)電容濾波以及對數據線(xiàn)進(jìn)行屏蔽,可以有效降低電磁輻射。這里信號原先的路徑是從芯片出來(lái)后經(jīng)過(guò)排線(xiàn)到屏端,其中時(shí)鐘信號的高次諧波在發(fā)送過(guò)程中還會(huì )串擾到與它靠近的信號線(xiàn),因此在信號線(xiàn)上濾波需要考慮同時(shí)濾除其他信號線(xiàn)的高次諧波,這里通過(guò)對地并電容減小了信號高頻的回路,進(jìn)而減小了輻射,同時(shí)對排線(xiàn)的屏蔽處理也降低了輻射強度。

2.3使接收器對發(fā)射不敏感

使接受器對發(fā)射不敏感,目的是為了讓設備在某電磁環(huán)境下能穩定運行,與之對應的要做的就是產(chǎn)品的抗擾度測試,測試項目有傳導抗擾測試,如靜電測試,浪涌測試,大電路注入(BCI)測試,輻射抗擾測試。

分析抗擾類(lèi)問(wèn)題從兩個(gè)角度切入,設備的敏感點(diǎn)是什么和干擾是如何影響到設備的。以靜電接觸放電測試為例,當靜電放電瞬間,大部分能量流向PCB地,由于靜電屬于高頻信號,少部分能量會(huì )耦合到信號線(xiàn)上。這樣會(huì )造成:

(1)流向地的靜電如果沒(méi)有很好的疏導,當這股能量流過(guò)芯片就會(huì )造成芯片損壞;

(2)少部分能量在信號線(xiàn)上流竄,產(chǎn)生的干擾信號會(huì )造成系統的錯誤動(dòng)作。

為了處理這個(gè)問(wèn)題,需要首先明確被干擾的對象,確定系統中被干擾的對象,然后找出干擾是以什么方式,什么路徑影響系統的,如果能明確干擾路徑,那么我們就可以通過(guò)堵和疏的方式進(jìn)行靜電防護。

三、總結

EMC對電子系統越來(lái)越重要,奈何涉及的面太廣,隨著(zhù)電子產(chǎn)品的集成度更高以及越發(fā)復雜的電子的環(huán)境到來(lái),將來(lái)的電子工程師要面對的EMC問(wèn)題只會(huì )越發(fā)具有挑戰性。
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