- 不同頻率范圍檢測(cè)產(chǎn)品EMC性能的不同方法
- 建立企業(yè)EMC設(shè)計(jì)技術(shù)平臺(tái)，以準(zhǔn)則指導(dǎo)每階段EMC設(shè)計(jì)
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EMC標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)頻率范圍的不同，或是使用傳導(dǎo)測(cè)試方法，或是使用輻射測(cè)試方法來(lái)檢測(cè)產(chǎn)品的EMC性能；引致產(chǎn)品EMI的原因，大多數(shù)都與導(dǎo)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)。在工作中往往需要產(chǎn)品研發(fā)工程師依據(jù)自身的EMC專(zhuān)業(yè)知識(shí)和豐富的EMC實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)對(duì)此加以判斷和取舍。本文討論了不同頻率范圍檢測(cè)產(chǎn)品EMC性能的不同方法，并指導(dǎo)工程師建立企業(yè)EMC設(shè)計(jì)技術(shù)平臺(tái)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中結(jié)合EMC設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，在器件的位置安排和布線(xiàn)、走線(xiàn)時(shí)予以遵循。
頻率在1MHz以下時(shí)，設(shè)備的物理尺寸和電纜長(zhǎng)度相比于電磁波的波長(zhǎng)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(shè)備的AC電源電纜所造成。當(dāng)差模處在這個(gè)頻率范圍以?xún)?nèi)時(shí)，AC/DC變換器等是設(shè)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(qū)動(dòng)一個(gè)異步電動(dòng)機(jī)的場(chǎng)合，在遠(yuǎn)低于1MHz頻率情況下，電動(dòng)機(jī)繞組和它的金屬構(gòu)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(zhǎng)，但它們的發(fā)送和返回線(xiàn)之間的絞合結(jié)構(gòu)，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(xiàn)在傳導(dǎo)發(fā)射上。切斷傳導(dǎo)耦合通道是主要的設(shè)計(jì)手段。
頻率達(dá)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(dǎo)地位的程度。通過(guò)把電纜靠近接地平面敷設(shè)、增加接地導(dǎo)體的橫截面積以及在電源和信號(hào)線(xiàn)與接地平面之間增設(shè)電容等都可以減小共模發(fā)射強(qiáng)度。
當(dāng)然，設(shè)備與地平面之間的搭接狀況對(duì)控制發(fā)射是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。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(nèi)，降低差模輻射強(qiáng)度，涉及到如何減小環(huán)路尺寸。有時(shí)去掉接地導(dǎo)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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)根據(jù)頻率范圍的不同，或是使用傳導(dǎo)測(cè)試方法，或是使用輻射測(cè)試方法來(lái)檢測(cè)產(chǎn)品的EMC性能。傳導(dǎo)測(cè)試和輻射測(cè)試兩種方法都采用測(cè)試激勵(lì)源作為共模，而最為關(guān)鍵的是外部共模激勵(lì)源是以何種方式（傳導(dǎo)還是輻射）轉(zhuǎn)換并進(jìn)入差模，形成差模噪聲的。這個(gè)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換的非平衡阻抗，反過(guò)來(lái)同樣可以使外部共模轉(zhuǎn)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(shù)都與導(dǎo)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(zhǎng)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(duì)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(yīng)用指南來(lái)完成。但這些指南或指導(dǎo)原則僅能在理想化的技術(shù)條件之間或指南或指導(dǎo)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(dāng)一部分的應(yīng)用手冊(cè)是由一些從來(lái)都沒(méi)有做過(guò)EMC測(cè)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(shè)備條件下完成，不斷重復(fù)、盲目地寫(xiě)入它們新產(chǎn)品的應(yīng)用手冊(cè)之中的。
當(dāng)不同的制造廠(chǎng)商所指定的指導(dǎo)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(jù)自身的EMC專(zhuān)業(yè)知識(shí)和豐富的EMC實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)加以判斷和取舍。因此，良好的EMC知識(shí)積累和企業(yè)的產(chǎn)品EMC設(shè)計(jì)技術(shù)平臺(tái)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(yù)期效果、非工作性能、非預(yù)期發(fā)射和非預(yù)期響應(yīng)。在分析騷擾迭加和出現(xiàn)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(fù)雜得多。
在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要經(jīng)歷：總體規(guī)格方案設(shè)計(jì)、產(chǎn)品原理圖設(shè)計(jì)、電源電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、線(xiàn)纜連接設(shè)計(jì)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)試裝、摸底預(yù)測(cè)試、認(rèn)證測(cè)試等等幾個(gè)階段。企業(yè)的設(shè)計(jì)研發(fā)部門(mén)應(yīng)該建立產(chǎn)品EMC的設(shè)計(jì)技術(shù)平臺(tái)，在每個(gè)階段的設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)都編制相應(yīng)的EMC設(shè)計(jì)規(guī)則和EMC設(shè)計(jì)規(guī)范，用于指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師進(jìn)行產(chǎn)品的EMC設(shè)計(jì)。
EMC的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則通常被概括為一些規(guī)定，它們代表一些基本經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的總結(jié)。開(kāi)發(fā)過(guò)程中，設(shè)計(jì)工程師必須把這些準(zhǔn)則結(jié)合到設(shè)計(jì)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(yīng)該從接到設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)那一刻開(kāi)始，就要明了產(chǎn)品的工作平臺(tái)，明確產(chǎn)品進(jìn)行EMC測(cè)試認(rèn)證需要滿(mǎn)足的標(biāo)準(zhǔn)條款，明了滿(mǎn)足測(cè)試項(xiàng)目必須進(jìn)行的EMC設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
從開(kāi)始設(shè)計(jì)階段，就要按照設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)規(guī)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(shè)計(jì)好印制線(xiàn)路板的分區(qū)、分層、布局與布線(xiàn)；將產(chǎn)品的整體結(jié)構(gòu)布局好；設(shè)置好“干凈地”；處理好I/O端口；敷設(shè)好連接線(xiàn)纜等等。
先期良好的EMC設(shè)計(jì)，增加不了多少產(chǎn)品成本，但是對(duì)EMI問(wèn)題的解決要有效得多。 譬如，低頻范圍內(nèi)的EMC標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，如果沒(méi)有從設(shè)計(jì)源頭考慮產(chǎn)品的EMC性能保障，等到測(cè)試時(shí)出現(xiàn)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?yàn)榭臻g有限而實(shí)現(xiàn)不了，從而不得不推翻原有的設(shè)計(jì)而重新來(lái)過(guò)。因?yàn)榈皖l范圍內(nèi)，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(dǎo)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(fèi)力（可能需要選型幾次，才能達(dá)到衰減指標(biāo)）。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(jī)械加工過(guò)后都還需要進(jìn)行退火熱處理。
當(dāng)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(shè)計(jì)技術(shù)平臺(tái)上將EMC的設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)規(guī)則完好地體現(xiàn)出來(lái)，良好地進(jìn)行電源、PCB、I/O口、線(xiàn)纜等等的EMC設(shè)計(jì)，就會(huì)減輕外加濾波器與屏蔽罩殼的設(shè)計(jì)壓力。
