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簡單的EMC小課堂

更新時(shí)間:2022-02-07      點(diǎn)擊次數(shù):788

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

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目前,世界上很多國家針對電子產(chǎn)品的EMC問題已經(jīng)制定了一系列法規(guī),如果無法通過相關(guān)的EMC測試標(biāo)準(zhǔn),該電子產(chǎn)品將無法投放市場,由此可見EMC對于電子產(chǎn)品的重要性。既然電磁兼容如此重要,當(dāng)遇到與之相關(guān)的問題該怎么辦呢?以下是小編的一點(diǎn)小小的總結(jié),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,通過電磁場的方式進(jìn)行耦合傳輸,最后被接收器接收,這三方面構(gòu)成了EMC問題的基本框架,無論是進(jìn)行電子產(chǎn)品的EMC設(shè)計(jì)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(yīng)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(shù)字系統(tǒng)中這種電信號很常見,比如時(shí)鐘信號,數(shù)據(jù)以及DCDC開關(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(zhuǎn)換,其中數(shù)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(qiáng),而數(shù)字設(shè)備由于脈沖和電壓具有很豐富的高頻諧波,因此會產(chǎn)生很強(qiáng)的輻射。

那么我們說要抑制源的發(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(shù)字信號的上升/下降時(shí)間對EMC將起到非常大的作用,在常見的整改措施中,我們通常會在一些數(shù)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效

電磁輻射主要通過兩種方式傳遞干擾,一種是以空間電磁波形式傳遞干擾,另一種是通過在導(dǎo)線中以傳導(dǎo)形式傳遞干擾。前者是高頻電流利用殼體和連接線以電磁波形式污染空間電磁環(huán)境,后者則是干擾通過電源線騷擾公共電網(wǎng)或其他端子影響相連的設(shè)備。

如何使耦合路徑無效?屏蔽和濾波都是比較常用的手段。可以將輻射源屏蔽起來減少其空間輻射,對于通過導(dǎo)線輻射出來的干擾,通常需要結(jié)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(tǒng)之間的線纜,還需要考慮是否需要對線纜進(jìn)行屏蔽,因?yàn)槿绻蓴_通過空間耦合到電纜再輻射出來,對端口的濾波效果就體現(xiàn)不出來了。

案例:以下是對一個(gè)車載中控屏做的EMC整改測試數(shù)據(jù),其EMC問題是LVDS屏?xí)r鐘(時(shí)鐘信號52MHz)的高次諧波輻射超標(biāo),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,由于原先沒有預(yù)留位置,加上LVDS信號線太細(xì)無法加共模,后面對信號線中的數(shù)據(jù)線并聯(lián)了小容值的電容,時(shí)鐘信號加小容值電容無法正常顯示,只能串聯(lián)了兩個(gè)小阻抗的磁珠,并對屏排線進(jìn)行了屏蔽處理,以下是處理前后數(shù)據(jù)對比:

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整改前數(shù)據(jù)

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整改后數(shù)據(jù)

從數(shù)據(jù)對比可以看出,通過電容濾波以及對數(shù)據(jù)線進(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后經(jīng)過排線到屏端,其中時(shí)鐘信號的高次諧波在發(fā)送過程中還會串?dāng)_到與它靠近的信號線,因此在信號線上濾波需要考慮同時(shí)濾除其他信號線的高次諧波,這里通過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)對排線的屏蔽處理也降低了輻射強(qiáng)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(shè)備在某電磁環(huán)境下能穩(wěn)定運(yùn)行,與之對應(yīng)的要做的就是產(chǎn)品的抗擾度測試,測試項(xiàng)目有傳導(dǎo)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。

分析抗擾類問題從兩個(gè)角度切入,設(shè)備的敏感點(diǎn)是什么和干擾是如何影響到設(shè)備的。以靜電接觸放電測試為例,當(dāng)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,少部分能量會耦合到信號線上。這樣會造成:

(1)流向地的靜電如果沒有很好的疏導(dǎo),當(dāng)這股能量流過芯片就會造成芯片損壞;

(2)少部分能量在信號線上流竄,產(chǎn)生的干擾信號會造成系統(tǒng)的錯(cuò)誤動作。

為了處理這個(gè)問題,需要首先明確被干擾的對象,確定系統(tǒng)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(tǒng)的,如果能明確干擾路徑,那么我們就可以通過堵和疏的方式進(jìn)行靜電防護(hù)。

三、總結(jié)

EMC對電子系統(tǒng)越來越重要,奈何涉及的面太廣,隨著電子產(chǎn)品的集成度更高以及越發(fā)復(fù)雜的電子的環(huán)境到來,將來的電子工程師要面對的EMC問題只會越發(fā)具有挑戰(zhàn)性。
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