減輕電磁干擾的常用方法

本文介紹了有助于降低甚至消除煩人的 EMI 的方法，從而實(shí)現穩健的電子設計。

定義 EMC

電磁兼容性 （EMC） 定義為電氣設備和系統在電磁環(huán)境中有效運行的能力。

在需要 EMC 的系統中，組件將充當電磁源，旨在減少其干擾。通常容易受到干擾的組件將被加固以減少該問(wèn)題。

當終端設備制造商集成來(lái)自不同供應商的組件時(shí)，確保干擾源和易受干擾電路能夠和諧共存的最佳方法是形成一套通用規則，其中干擾將限制在特定級別，易受干擾電路可以完全處理該級別的干擾。

EMI 降低方法

可以采用多種策略來(lái)降低 EMI，包括屏蔽、接地、濾波、元件選擇，甚至軟件調整。

具體來(lái)說(shuō)，可以在產(chǎn)生 EMI 的電路周?chē)砑咏饘倨帘瓮鈿?。在某些情況下，通過(guò)封閉整個(gè)電路板可能更容易實(shí)現。根據 EMI 的來(lái)源，電纜和連接器也可以進(jìn)行屏蔽。

大多數時(shí)候，印刷電路板 （PCB） 上的接地層和接地層可以有效降低 EMI。當然，需要采用適當的設計技術(shù)來(lái)避免接地回路。多層 PCB 可以利用接地拼接，使用過(guò)孔將不同層的接地層連接在一起。

低通濾波器、去耦電容、電感器和鐵氧體磁珠通常用于衰減不需要的高頻信號。包括這些類(lèi)型的無(wú)源器件提供了一種消除對更昂貴屏蔽的需求的方法。

組件選擇和軟件調整可能會(huì )在某些應用程序中發(fā)揮作用。前者通常歸結為在線(xiàn)性或開(kāi)關(guān)模式電源 （SMPS） 之間進(jìn)行選擇。后者假設軟件積極參與設計的電源控制方面，例如電機控制系統或軟件定義無(wú)線(xiàn)電。

EMI：使用開(kāi)關(guān)模式電源的價(jià)格

在大多數應用中，SMPS 可以從根本上提高線(xiàn)性穩壓器的效率，但需要付出一定的代價(jià)。功率金屬氧化物半導體場(chǎng)效應晶體管 （MOSFET） 的開(kāi)關(guān)通常是 EMI 的重要來(lái)源，可能會(huì )對可靠性產(chǎn)生負面影響。這種 EMI 是由不連續的輸入電流、開(kāi)關(guān)節點(diǎn)上快速上升的轉換速率以及由于電源環(huán)路中的寄生電感而沿開(kāi)關(guān)邊沿增加的振鈴產(chǎn)生的。

圖 1 以降壓轉換器拓撲為例，描述了這些元件中的每一個(gè)如何在不同的頻段中顯示自己。

圖1. 以下是開(kāi)關(guān)模式電源 （SMPS） 中的 EMI 源示例。7解決 PCB EMI 問(wèn)題

有各種類(lèi)型的過(guò)孔可供選擇，例如電鍍通孔 （PTH） 過(guò)孔。PTH 通孔成本低且易于制造。但是，它有一個(gè)小缺點(diǎn)，即 “stubs” （這些是 via 的部分，不在預期 signal path 的部分）?？梢?xún)?yōu)化多層 PCB 設計中的短截線(xiàn)諧振以減少損耗。

此類(lèi)短截線(xiàn)可能會(huì )對高速信號特性產(chǎn)生不良影響，尤其是當問(wèn)題導致數據速率明顯增長(cháng)以及較厚 PCB 中短截線(xiàn)的長(cháng)度時(shí)。Stub 將像諧振電路一樣工作，在特定的諧振頻率下存儲最高的能量。如果信號在該諧振頻率或接近該諧振頻率時(shí)具有強大的分量，則最終可能會(huì )導致信號顯著(zhù)衰減（圖 2）。

圖2. 所示為過(guò)孔短截線(xiàn)諧振。

這種過(guò)孔短截線(xiàn)的諧振頻率對信號的插入損耗有顯著(zhù)影響，從而導致 EMI 問(wèn)題。

這些問(wèn)題的解決方案是調整短截線(xiàn)長(cháng)度，使其影響發(fā)生 EMI 的頻點(diǎn)。通過(guò)優(yōu)化短截線(xiàn)長(cháng)度以適應他們想要的頻率范圍，設計人員將能夠有效地控制有問(wèn)題的 EMI。