EMC設計技術(shù)平臺設計

頻率在1MHz以下時(shí)，設備的物理尺寸和電纜長(cháng)度相比于電磁波的波長(cháng)通常都會(huì )太小或太短，與它們相關(guān)聯(lián)的雜散寄生阻抗會(huì )很高，發(fā)射大部分由差模電流和電壓引起，最大的發(fā)射問(wèn)題由設備的AC電源電纜所造成。當差模處在這個(gè)頻率范圍以?xún)葧r(shí)，AC/DC變換器等是設備大部分電氣噪聲的主要生產(chǎn)者。譬如，在使用一個(gè)變頻器驅動(dòng)一個(gè)異步電動(dòng)機的場(chǎng)合，在遠低于1MHz頻率情況下，電動(dòng)機繞組和它的金屬構件之間就已經(jīng)能夠引起高電平的CM電流了。

雖然有些場(chǎng)合中的AC電源電纜會(huì )非常長(cháng)，但它們的發(fā)送和返回線(xiàn)之間的絞合結構，就能夠幫助它們確保較低的輻射發(fā)射，EMC問(wèn)題通常都出現在傳導發(fā)射上。切斷傳導耦合通道是主要的設計手段。

頻率達到1MHz以上時(shí)，雜散的寄生電容急劇增加，共模阻抗增加，共模發(fā)射增加到可以占到主導地位的程度。通過(guò)把電纜靠近接地平面敷設、增加接地導體的橫截面積以及在電源和信號線(xiàn)與接地平面之間增設電容等都可以減小共模發(fā)射強度。

當然，設備與地平面之間的搭接狀況對控制發(fā)射是一個(gè)很重要的環(huán)節。但在有些場(chǎng)合，去掉搭接或者增加它們的阻抗，效果可能會(huì )更好，而有時(shí)增加搭接點(diǎn)或降低與地平面之間的阻抗卻更為有效。

頻率高到200MHz以上時(shí)，差模發(fā)射與它們頻率的二次方成正比，而共模的輻射正比于頻率本身，差模的輻射發(fā)射有可能超過(guò)共模發(fā)射。在這些頻率范圍內，降低差模輻射強度，涉及到如何減小環(huán)路尺寸。有時(shí)去掉接地導體或其它與地平面的搭接或增加它們的阻抗會(huì )獲得較好的效果。當然，有時(shí)則是降低與地平面之間的搭接阻抗，作用會(huì )更大一些。

EMC標準根據頻率范圍的不同，或是使用傳導測試方法，或是使用輻射測試方法來(lái)檢測產(chǎn)品的EMC性能。傳導測試和輻射測試兩種方法都采用測試激勵源作為共模，而最為關(guān)鍵的是外部共模激勵源是以何種方式（傳導還是輻射）轉換并進(jìn)入差模，形成差模噪聲的。這個(gè)轉換過(guò)程一般可以有幾種不同的途徑，而且引起差模向共模（以及共模發(fā)射）轉換的非平衡阻抗，反過(guò)來(lái)同樣可以使外部共模轉換并進(jìn)入差模，形成差模噪聲。

引致產(chǎn)品EMI的原因，大多數都與導線(xiàn)、電纜、接大地和需要為電子元件提供參考面密切相關(guān)，即便是某個(gè)電纜長(cháng)度和布線(xiàn)上的微小差別或改變以及元器件位置上的變更，也都有可能對EMC性能造成巨大影響。

目前業(yè)界通行的做法是按照所使用的電子零、部件制造廠(chǎng)商所提供的EMC技術(shù)應用指南來(lái)完成。但這些指南或指導原則僅能在理想化的技術(shù)條件之間或指南或指導原則本身之間（不同制造廠(chǎng)商所提供的指南有時(shí)會(huì )有所不同，甚至相互抵觸）相互不矛盾的情況下使用。況且，其中相當一部分的應用手冊是由一些從來(lái)都沒(méi)有做過(guò)EMC測試的公司所撰寫(xiě)的，或是在使用完全不切實(shí)際的一些設備條件下完成，不斷重復、盲目地寫(xiě)入它們新產(chǎn)品的應用手冊之中的。

當不同的制造廠(chǎng)商所指定的指導原則或指南各不相同或相互矛盾的時(shí)候，就迫切需要產(chǎn)品研發(fā)工程師依據自身的EMC專(zhuān)業(yè)知識和豐富的EMC實(shí)踐經(jīng)驗來(lái)加以判斷和取舍。因此，良好的EMC知識積累和企業(yè)的產(chǎn)品EMC設計技術(shù)平臺的建立，將有助于企業(yè)更好地完成新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。

EMC研究的重點(diǎn)是產(chǎn)品的非預期效果、非工作性能、非預期發(fā)射和非預期響應。在分析騷擾迭加和出現概率時(shí)，通常都需要按最不利原則進(jìn)行考慮，而這要比研究產(chǎn)品的工作性能復雜得多。

在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，產(chǎn)品設計主要經(jīng)歷：總體規格方案設計、產(chǎn)品原理圖設計、電源電路設計、PCB設計、產(chǎn)品結構設計、線(xiàn)纜連接設計、產(chǎn)品結構試裝、摸底預測試、認證測試等等幾個(gè)階段。企業(yè)的設計研發(fā)部門(mén)應該建立產(chǎn)品EMC的設計技術(shù)平臺，在每個(gè)階段的設計節點(diǎn)都編制相應的EMC設計規則和EMC設計規范，用于指導產(chǎn)品設計工程師進(jìn)行產(chǎn)品的EMC設計。

EMC的設計準則通常被概括為一些規定，它們代表一些基本經(jīng)驗知識的總結。開(kāi)發(fā)過(guò)程中，設計工程師必須把這些準則結合到設計過(guò)程中去，在器件的位置安排和布線(xiàn)、走線(xiàn)時(shí)予以遵循。

實(shí)踐中，產(chǎn)品研發(fā)工程師應該從接到設計任務(wù)書(shū)那一刻開(kāi)始，就要明了產(chǎn)品的工作平臺，明確產(chǎn)品進(jìn)行EMC測試認證需要滿(mǎn)足的標準條款，明了滿(mǎn)足測試項目必須進(jìn)行的EMC設計要點(diǎn)。

從開(kāi)始設計階段，就要按照設計規范和設計規則，選擇好元器件，處理好IC器件和零部件的接地、濾波；處理好電源的噪聲控制，處理好局部屏蔽；設計好印制線(xiàn)路板的分區、分層、布局與布線(xiàn)；將產(chǎn)品的整體結構布局好；設置好“干凈地”；處理好I/O端口；敷設好連接線(xiàn)纜等等。

先期良好的EMC設計，增加不了多少產(chǎn)品成本，但是對EMI問(wèn)題的解決要有效得多。 譬如，低頻范圍內的EMC標準認證，如果沒(méi)有從設計源頭考慮產(chǎn)品的EMC性能保障，等到測試時(shí)出現EMI問(wèn)題了再進(jìn)行產(chǎn)品整改，EMI問(wèn)題的整改往往就會(huì )因為空間有限而實(shí)現不了，從而不得不推翻原有的設計而重新來(lái)過(guò)。因為低頻范圍內，鐵氧體材料的吸波作用基本無(wú)效，只能采用LC濾波器處理傳導噪聲。LC濾波器的體積很大（低頻濾波電感很大，用幾個(gè)小電感串聯(lián)取代一個(gè)大電感體積會(huì )加大、成本會(huì )更高），價(jià)格很可觀(guān)，而且選用也很費力（可能需要選型幾次，才能達到衰減指標）。而低頻磁場(chǎng)的屏蔽體（鐵磁材料做屏蔽罩，垂直磁力線(xiàn)方向不能開(kāi)口或有縫隙）更是又笨又重，并且每一次機械加工過(guò)后都還需要進(jìn)行退火熱處理。

當然，必要時(shí)，還是不得不采用這些手段的。但若在產(chǎn)品的EMC設計技術(shù)平臺上將EMC的設計規范和設計規則完好地體現出來(lái)，良好地進(jìn)行電源、PCB、I/O口、線(xiàn)纜等等的EMC設計，就會(huì )減輕外加濾波器與屏蔽罩殼的設計壓力。