從電磁感應認識開(kāi)始電磁兼容設計

一個(gè)好的電子產(chǎn)品，除了產(chǎn)品自身的功能以外，電路設計（ECD）和電磁兼容設計（EMCD）的技術(shù)水平，對產(chǎn)品的質(zhì)量和技術(shù)性能指標起到非常關(guān)鍵的作用。很多人從事電子線(xiàn)路設計的時(shí)候，都是從認識電子元器件開(kāi)始，但從事電磁兼容設計的時(shí)候卻無(wú)從下手。實(shí)際上從事電磁兼容設計是從電磁場(chǎng)理論開(kāi)始，即從電磁感應認識開(kāi)始…

試想一下，多個(gè)電子設備在同一空間工作時(shí)，在其周?chē)鷷?huì )產(chǎn)生一定強度的電磁場(chǎng)，在場(chǎng)或者人為的作用下，各種干擾會(huì )通過(guò)傳導、輻射等途徑對設備進(jìn)行干擾，使得系統變得不穩定，甚至出現死機現象——罪魁禍首是電磁干擾。

電磁干擾普遍存在于電子產(chǎn)品，不僅是設備之間的相互影響，同時(shí)也存在于元件與元件之間，系統與系統之間，其主要的兩種途徑為傳導干擾和輻射干擾，而傳導干擾又細分為共模干擾差模干擾。引起干擾的原因種類(lèi)復雜，其核心為靜電放電干擾。如何確保系統的穩定工作而不受外界影響？下面是“三步走”法則，為徹底解決靜電放電干擾提供必要的寶典，以提高設計效率。

降低輻射干擾的三大對策

1、一個(gè)是屏蔽，另一個(gè)是減小各個(gè)電流回路的面積（磁場(chǎng)干擾），和帶電導體的面積及長(cháng)度（電場(chǎng)干擾）。

2、當載流體的長(cháng)度正好等于干擾信號四分之一波長(cháng)的整數倍的時(shí)候，干擾信號會(huì )在電路中產(chǎn)生諧振，這時(shí)輻射干擾最強，這種情況應盡量避免。

3、磁場(chǎng)輻射干擾主要是流過(guò)高頻電流回路產(chǎn)生的磁通竄到接收回路中產(chǎn)生的，因此，要盡量減小流過(guò)高頻電流回路的面積和接收回路的面積。常見(jiàn)EMI抑制方式

目前對于EMI的常見(jiàn)抑制方式包括屏蔽法（Shielding）、擴展頻譜法（Spread Spectrum）、使用濾波器（Filter）等，以及透過(guò)整合接地、布線(xiàn)、搭接等層面來(lái)防治。

電磁屏蔽法大部份是用來(lái)屏蔽300MHz以上的電磁噪聲，此外，運用遮蔽復合材料也是常見(jiàn)的手法，例如手機就常見(jiàn)以真空電鍍方式，在塑料殼內部布滿(mǎn)一層如鎳之類(lèi)的屏蔽材質(zhì)，藉此隔絕電磁波發(fā)散。

擴展頻譜法則是用來(lái)將時(shí)鐘（Clock）的信號展頻，使其峰值（Peak）信號波形振幅減低來(lái)降低信號的峰值位準，目前有些BIOS已提供內建的擴頻功能，可讓用戶(hù)自行設定。余曉锜指出，使用擴頻法需要在信號失真度和EMI減弱程度之間取得平衡，一般是取1％～1.5％，若超過(guò)3％通常就會(huì )讓信號過(guò)于失真而不可行。

濾波器或濾波回路的使用因為成本低廉且SMD（表面黏著(zhù)）制程的加工需求，所以最為一般設計工程師采用。濾波器的使用機會(huì )和模式根據不同防治需求來(lái)決定，例如大電流的Bead可用在電源電路的路徑（Power Trace）上；一般的Bead可用來(lái)抑制某特定頻率的噪聲信號；CMF則用來(lái)抑制USB、1394、LVDS等差模線(xiàn)路的噪聲幅射問(wèn)題。

不過(guò)，對于EMI的抑制有諸多解決方式，必須因時(shí)因地制宜選擇，只要有效就是好的防制方法，并沒(méi)有哪一種特定方式特別勝出。

幅射傳導EMI棘手問(wèn)題，解決方式歸納出下列幾種：

1. 在干擾源加LC濾波回路。

2. 在I/O端加上DeCap by pass to Ground, 把噪聲導入大地。

3. 用遮蔽隔離（Shielding）的方式把電磁波包覆在遮蔽罩內。4. 盡量將PCB的地面積擴張。

5. 產(chǎn)品內部盡量少使用扁平電纜或實(shí)體線(xiàn)。

6. 產(chǎn)品內部的實(shí)體線(xiàn)盡量做成絞線(xiàn)以抑制噪聲幅射，同時(shí)在扁平電纜的I/O端加上DeCap。

7. 在差模信號線(xiàn)的始端或末端加上共模濾波器（Common Mode Filter）。

8. 遵循一定的模擬和數字布線(xiàn)原則。

此外，EMI的形成又可分為共模幅射和差模幅射兩類(lèi)。共模幅射包括共地阻抗之共模干擾和電磁場(chǎng)對導線(xiàn)的共模干擾，前者是因噪聲產(chǎn)生源與受害電路間共享同一接地電阻所產(chǎn)生的共模干擾，解決方法可藉由實(shí)行地的切割來(lái)必免共地干擾問(wèn)題；后者則為高電磁能量所形成的電磁場(chǎng)對設備間之配線(xiàn)所造成的干擾，可藉由遮蔽隔離的因應方法來(lái)處理場(chǎng)對線(xiàn)的干擾問(wèn)題。

至于差模幅射，常見(jiàn)的是導線(xiàn)對導線(xiàn)的差模干擾，干擾途徑為某一導線(xiàn)內的干擾噪聲感染到其他導線(xiàn)而饋入受害電路，屬于近場(chǎng)干擾的一種，可藉由加寬線(xiàn)與線(xiàn)之間的距離來(lái)處理此類(lèi)干擾問(wèn)題。