【導(dǎo)讀】在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段，主要針對(duì)產(chǎn)品需要滿足EMC法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)產(chǎn)品采用什么屏蔽設(shè)計(jì)方案、選擇什么屏蔽材料，以及材料的厚度提出設(shè)計(jì)方案，另外對(duì)屏蔽體之間的搭接設(shè)計(jì)，縫隙設(shè)計(jì)考慮，同時(shí)重點(diǎn)考慮接口連接器與結(jié)構(gòu)件的配合。
規(guī)律一、EMC費(fèi)效比關(guān)系規(guī)律： EMC問(wèn)題越早考慮、越早解決，費(fèi)用越小、效果越好。
在新產(chǎn)品研發(fā)階段就進(jìn)行EMC設(shè)計(jì)，比等到產(chǎn)品EMC測(cè)試不合格才進(jìn)行改進(jìn)，費(fèi)用可以大大節(jié)省，效率可以大大提高;反之，效率就會(huì)大大降低，費(fèi)用就會(huì)大大增加。
經(jīng)驗(yàn)告訴我們，在功能設(shè)計(jì)的同時(shí)進(jìn)行EMC設(shè)計(jì)，到樣板、樣機(jī)完成則通過(guò)EMC測(cè)試，是最省時(shí)間和最有經(jīng)濟(jì)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(xiàn)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(fèi)用和時(shí)間的大大浪費(fèi)，甚至由于涉及到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)的缺陷，無(wú)法實(shí)施改進(jìn)措施，導(dǎo)致產(chǎn)品不能上市。
規(guī)律二、高頻電流環(huán)路面積S越大, EMI輻射越嚴(yán)重。
高頻信號(hào)電流流經(jīng)電感最小路徑。當(dāng)頻率較高時(shí)，一般走線電抗大于電阻，連線對(duì)高頻信號(hào)就是電感，串聯(lián)電感引起輻射。電磁輻射大多是EUT被測(cè)設(shè)備上的高頻電流環(huán)路產(chǎn)生的，最惡劣的情況就是開(kāi)路之天線形式。對(duì)應(yīng)處理方法就是減少、減短連線，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，如不連續(xù)的布線或有天線效應(yīng)之元器件過(guò)長(zhǎng)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(shè)法減小高頻電流環(huán)路面積S。
規(guī)律三、環(huán)路電流頻率f越高，引起的EMI輻射越嚴(yán)重，電磁輻射場(chǎng)強(qiáng)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(shè)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。
電磁兼容(EMC)元器件的正確選型和應(yīng)用技巧
我們通過(guò)一些圖片，直觀的系統(tǒng)的回顧電磁兼容的含義、電磁干擾的三要素以及抑制電磁干擾的原理。再根據(jù)EMC設(shè)計(jì)原理和元器件不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主要講解不同元器件在EMC設(shè)計(jì)中的選擇及應(yīng)用技巧，對(duì)EMC設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)作用。
EMC主要解決方法:預(yù)防比屏蔽更加有效
電磁兼容性元器件是解決電磁干擾發(fā)射和電磁敏感度問(wèn)題的關(guān)鍵，正確選擇和使用這些元器件是做好電磁兼容性設(shè)計(jì)的前提。因此，我們必須深入掌握這些元器件，這樣才有可能設(shè)計(jì)出符合標(biāo)準(zhǔn)要求、性能價(jià)格比最優(yōu)的電子、電氣產(chǎn)品。而每一種電子元件都有它各自的特性，因此，要求在設(shè)計(jì)時(shí)仔細(xì)考慮。接下來(lái)我們將討論一些常見(jiàn)的用來(lái)減少或抑制電磁兼容性的電子元件和電路設(shè)計(jì)技術(shù)。
元件組
有兩種基本的電子元件組：有引腳的和無(wú)引腳的元件。有引腳線元件有寄生效果，尤其在高頻時(shí)。該引腳形成了一個(gè)小電感，大約是1nH/mm/引腳。引腳的末端也能產(chǎn)生一個(gè)小電容性的效應(yīng)，大約有4pF。因此，引腳的長(zhǎng)度應(yīng)盡可能的短。與有引腳的元件相比，無(wú)引腳且表面貼裝的元件的寄生效果要小一些。其典型值為：0.5nH的寄生電感和約0.3pF的終端電容。
從電磁兼容性的觀點(diǎn)看，表面貼裝元件效果最好，其次是放射狀引腳元件，最后是軸向平行引腳的元件。
EMC元件之電容
在EMC設(shè)計(jì)中，電容是應(yīng)用最廣泛的元件之一，主要用于構(gòu)成各種低通濾波器或用作去耦電容和旁路電容。大量實(shí)踐表明：在EMC設(shè)計(jì)中，恰當(dāng)選擇與使用電容，不僅可解決許多EMI問(wèn)題，而且能充分體現(xiàn)效果良好、價(jià)格低廉、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。若電容的選擇或使用不當(dāng)，則可能根本達(dá)不到預(yù)期的目的，甚至?xí)觿?EMI程度。
從理論上講，電容的容量越大，容抗就越小，濾波效果就越好。一些人也有這種習(xí)慣認(rèn)識(shí)。但是，容量大的電容一般寄生電感也大，自諧振頻率低(如典型的陶瓷電容，0.1μF的f0=5 MHz，0.01μF的f0=15 MHz，0.001μF的f0=50 MHz)，對(duì)高頻噪聲的去耦效果差，甚至根本起不到去耦作用。分立元件的濾波器在頻率超過(guò)10 MHz時(shí)，將開(kāi)始失去性能。元件的物理尺寸越大，轉(zhuǎn)折點(diǎn)頻率越低。這些問(wèn)題可以通過(guò)選擇特殊結(jié)構(gòu)的電容來(lái)解決。
貼片電容的寄生電感幾乎為零，總的電感也可以減小到元件本身的電感，通常只是傳統(tǒng)電容寄生電感的1/3~1/5，自諧振頻率可達(dá)同樣容量的帶引線電容的2倍(也有資料說(shuō)可達(dá)10倍)，是射頻應(yīng)用的理想選擇。
圖1：瓷片電容
傳統(tǒng)上，射頻應(yīng)用一般選擇瓷片電容。但在實(shí)踐中，超小型聚脂或聚苯乙烯薄膜電容也是適用的，因?yàn)樗鼈兊某叽缗c瓷片電容相當(dāng)。
三端電容能將小瓷片電容頻率范圍從50 MHz以下拓展到200 MHz以上，這對(duì)抑制VHF頻段的噪聲是很有用的。要在VHF或更高的頻段獲得更好的濾波效果，特別是保護(hù)屏蔽體不被穿透，必須使用饋通電容。
EMC元件之電感
電感是一種可以將磁場(chǎng)和電場(chǎng)聯(lián)系起來(lái)的元件，其固有的、可以與磁場(chǎng)互相作用的能力使其潛在地比其他元件更為敏感。和電容類似，聰明地使用電感也能解決許多 EMC問(wèn)題。下面是兩種基本類型的電感：開(kāi)環(huán)和閉環(huán)。它們的不同在于內(nèi)部的磁場(chǎng)環(huán)。在開(kāi)環(huán)設(shè)計(jì)中，磁場(chǎng)通過(guò)空氣閉合;而閉環(huán)設(shè)計(jì)中，磁場(chǎng)通過(guò)磁芯完成磁路。
電感中的磁場(chǎng)
電感比起電容一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它沒(méi)有寄生感抗，因此其表面貼裝類型和引線類型沒(méi)有什么差別。開(kāi)環(huán)電感的磁場(chǎng)穿過(guò)空氣，這將引起輻射并帶來(lái)電磁干擾(EMI)問(wèn)題。在選擇開(kāi)環(huán)電感時(shí)，繞軸式比棒式或螺線管式更好，因?yàn)檫@樣磁場(chǎng)將被控制在磁芯(即磁體內(nèi)的局部磁場(chǎng))。
開(kāi)環(huán)電感
對(duì)閉環(huán)電感來(lái)說(shuō)，磁場(chǎng)被完全控制在磁心，因此在電路設(shè)計(jì)中這種類型的電感更理想，當(dāng)然它們也比較昂貴。螺旋環(huán)狀的閉環(huán)電感的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是：它不僅將磁環(huán)控制在磁心，還可以自行消除所有外來(lái)的附帶場(chǎng)輻射。
電感的磁芯材料主要有兩種類型：鐵和鐵氧體。鐵磁芯電感用于低頻場(chǎng)合(幾十KHz)，而鐵氧體磁芯電感用于高頻場(chǎng)合(到MHz)。因此鐵氧體磁芯電感更適合于EMC應(yīng)用。
在EMC應(yīng)用中特別使用了兩種特殊的電感類型：鐵氧體磁珠和鐵氧體磁夾。鐵和鐵氧體可作電感磁芯骨架。鐵芯電感常應(yīng)用于低頻場(chǎng)合(幾十KHz)，而鐵氧體芯電感常應(yīng)用于高頻場(chǎng)合(MHz)。所以鐵氧芯感應(yīng)體更適合于EMC應(yīng)用。
濾波器結(jié)構(gòu)的選擇
EMC設(shè)計(jì)中的濾波器通常指由L，C構(gòu)成的低通濾波器。不同結(jié)構(gòu)的濾波器的主要區(qū)別之一，是其中的電容與電感的聯(lián)接方式不同。濾波器的有效性不僅與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且還與聯(lián)結(jié)的網(wǎng)絡(luò)的阻抗有關(guān)。如單個(gè)電容的濾波器在高阻抗電路中效果很好，而在低阻抗電路中效果很差。
EMC元件之磁珠
磁珠由氧磁體組成，電感由磁心和線圈組成，磁珠把交流信號(hào)轉(zhuǎn)化為熱能，電感把交流存儲(chǔ)起來(lái)，緩慢的釋放出去。
磁珠工作原理
磁珠的電路符號(hào)就是電感但是型號(hào)上可以看出使用的是磁珠在電路功能上，磁珠和電感是原理相同的，只是頻率特性不同罷了。
電感是儲(chǔ)能元件，而磁珠是能量轉(zhuǎn)換(消耗)器件。電感多用于電源濾波回路，側(cè)重于抑止傳導(dǎo)性干擾;磁珠多用于信號(hào)回路，主要用于EMI方面。磁珠用來(lái)吸收超高頻信號(hào)，象一些RF電路，PLL，振蕩電路，含超高頻存儲(chǔ)器電路(DDR，SDRAM，RAMBUS等)都需要在電源輸入部分加磁珠，而電感是一種儲(chǔ)能元件，用在LC振蕩電路、中低頻的濾波電路等，其應(yīng)用頻率范圍很少超過(guò)50MHz。
EMC元件之二極管
二極管是最簡(jiǎn)單的半導(dǎo)體器件。由于其獨(dú)特的特性，某些二極管有助于解決并防止與EMC相關(guān)的一些問(wèn)題。
模擬與邏輯有源器件的選用
電磁干擾發(fā)射和電磁敏感度的關(guān)鍵是模擬與邏輯有源器件的選用。必須注意有源器件固有的敏感特性和電磁發(fā)射特性。
有源器件可分為調(diào)諧器件和基本頻帶器件。調(diào)諧器件起帶通元件作用，其頻率特性包括：中心頻率、帶寬、選擇性和帶外亂真響應(yīng);基本領(lǐng)帶器件起低通元件作用，其頻率特性包括：截止頻率、通帶特性、帶外抑制特性和亂真響應(yīng)。此外還有輸入阻抗特性和輸入端的平衡不平衡特性等。
模擬器件的敏感度特性取決于靈敏度和帶寬，而靈敏度以器件的固有噪聲為基礎(chǔ)。
邏輯器件的敏感度特性取決于直流噪聲容限和噪聲抗擾度。
有源器件有兩種電磁發(fā)射源：傳導(dǎo)干擾通過(guò)電源線、接地線和互連線進(jìn)行傳輸，并隨頻率增加而增加;輻射干擾通過(guò)器件本身或通過(guò)互連線進(jìn)行輻射，并隨頻率的平方而增加。瞬態(tài)地電流是傳導(dǎo)干擾和輻射干擾的初始源，減少瞬態(tài)地電流必須減小接地阻抗和使用去耦電容。邏輯器件的翻轉(zhuǎn)時(shí)間越短，所占頻譜越寬。為此，應(yīng)當(dāng)在保證實(shí)現(xiàn)功能的前提下，盡可能增加信號(hào)的上升/下降時(shí)間。
數(shù)字電路是一種最常見(jiàn)的寬帶干擾源，其電磁發(fā)射可分為差模和共模兩種形式。
為了減少發(fā)射，應(yīng)盡可能降低頻率和信號(hào)電平;為了控制差模輻射，必須將印制電路板上的信號(hào)線、電源線和它們的回線緊靠在一起，減小回路面積;為了控制共模輻射，可以使用柵網(wǎng)地線或接地平面，也可使用共模扼流圈。同時(shí)，選擇“干凈地”作為接地點(diǎn)也是十分重要的。
表面安裝技術(shù)(SMT)是70年代末發(fā)展起來(lái)的新型電子裝聯(lián)技術(shù)，內(nèi)容包括表面安裝器件(SMD)、表面安裝元件(SMC)、表面安裝印制電路板(SMB)以及表面安裝設(shè)備、在線測(cè)試等。
電子整機(jī)應(yīng)用SMT最多的是計(jì)算機(jī)，其次是通訊、軍用、消費(fèi)類電子產(chǎn)品。
90年代SMT發(fā)展了一種新型電路基板，可用來(lái)制作多芯片組件MCM。目前片式集成電路的輸入/輸出端口已增加到上百個(gè)，引腳的中心間距已減小到0.3毫米。目前表面安裝技術(shù)正在和微組裝技術(shù)互相交錯(cuò)和滲透。由于SMD/SMC的超小型化，使基板焊區(qū)尺寸減小到I平方英寸以內(nèi)，無(wú)論電磁發(fā)射還是電磁敏感度問(wèn)題，都可以得到很好的解決。
