PDF《EMI / EMC设计秘籍》

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EETchina.com www. EMI / EMC设计秘籍 ――电子产品设计工程师必备手册 EETchina.com www.EETchina.com www.EETchina.com 目录

一、EMC 工程师必须具备的八大技能

二、EMC 常用元件

三、EMI/EMC 设计经典

85 问

四、EMC 专用名词大全

五、产品内部的 EMC 设计技巧

六、电磁干扰的屏蔽方法

七、电磁兼容(EMC)设计如何融入产品研发流程 www.EETchina.com www.EETchina.com

一、EMC 工程师必须具备的八大技能 EMC 工程师需要具备那些技能?从企业产品需要进行设计、整改认证的过程看,EMC 工程师 必须具备以下八大技能:

1、EMC 的基本测试项目以及测试过程掌握;

2、产品对应 EMC 的标准掌握;

3、产品的 EMC 整改定位思路掌握;

4、产品的各种认证流程掌握;

5、产品的硬件硬件知识,对电路(主控、接口)了解;

6、EMC 设计整改元器件(电容、磁珠、滤波器、电感、瞬态抑制器件等)使用掌握;

7、产品结构屏蔽设计技能掌握;

8、对EMC 设计如何介入产品各个研发阶段流程掌握. www.EETchina.com www.EETchina.com

二、EMC 常用元件介绍 共模电感 由于 EMC 所面临解决问题大多是共模干扰,因此共模电感也是我们常用的有力元件之一!这里就给大家简 单介绍一下共模电感的原理以及使用情况. 共模电感是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件,它由两个尺寸相同,匝数相同的线圈对称地绕制在 同一个铁氧体环形磁芯上,形成一个四端器件,要对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用,而对于差模 信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用.原理是流过共模电流时磁环中的磁通相互叠加,从而具有相当大 的电感量,对共模电流起到抑制作用,而当两线圈流过差模电流时,磁环中的磁通相互抵消,几乎没有电 感量,所以差模电流可以无衰减地通过.因此共模电感在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号,而对线 路正常传输的差模信号无影响. 共模电感在制作时应满足以下要求: 1)绕制在线圈磁芯上的导线要相互绝缘,以保证在瞬时过电压作用下线圈的匝间不发生击穿短路. 2)当线圈流过瞬时大电流时,磁芯不要出现饱和. 3)线圈中的磁芯应与线圈绝缘,以防止在瞬时过电压作用下两者之间发生击穿. 4)线圈应尽可能绕制单层,这样做可减小线圈的寄生电容,增强线圈对瞬时过电压的而授能力. 通常情况下,同时注意选择所需滤波的频段,共模阻抗越大越好,因此我们在选择共模电感时需要看器件 资料,主要根据阻抗频率曲线选择.另外选择时注意考虑差模阻抗对信号的影响,主要关注差模阻抗,特 别注意高速端口. 磁珠 在产品数字电路 EMC 设计过程中,我们常常会使用到磁珠,那么磁珠滤波地原理以及如何使用呢? 铁氧体材料是铁镁合金或铁镍合金,这种材料具有很高的导磁率,他可以是电感的线圈绕组之间在高频高 阻的情况下产生的电容最小.铁氧体材料通常在高频情况下应用,因为在低频时他们主要程电感特性,使 得线上的损耗很小.在高频情况下,他们主要呈电抗特性比并且随频率改变.实际应用中,铁氧体材料是 作为射频电路的高频衰减器使用的.实际上,铁氧体较好的等效于电阻以及电感的并联,低频下电阻被电 感短路,高频下电感阻抗变得相当高,以至于电流全部通过电阻.铁氧体是一个消耗装置,高频能量在上 面转化为热能,这是由他的电阻特性决定的. 铁氧体磁珠与普通的电感相比具有更好的高频滤波特性.铁氧体在高频时呈现电阻性,相当于品质因数很 低的电感器,所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗,从而提高高频滤波效能. 在低频 段,阻抗由电感的感抗构成,低频时 R 很小,磁芯的磁导率较高,因此电感量较大,L 起主要作用,电磁 www.EETchina.com www.EETchina.com 干扰被反射而受到抑制;

并且这时磁芯的损耗较小,整个器件是一个低损耗、高Q特性的电感,这种电感 容易造成谐振因此在低频段,有时可能出现使用铁氧体磁珠后干扰增强的现象. 在高频段,阻抗由电 阻成分构成,随着频率升高,磁芯的磁导率降低,导致电感的电感量减小,感抗成分减小 但是,这时磁芯 的损耗增加,电阻成分增加,导致总的阻抗增加,当高频信号通过铁氧体时,电磁干扰被吸收并转换成热 能的形式耗散掉. 铁氧体抑制元件广泛应用于印制电路板、电源线和数据线上.如在印制板的电源线入口端加上铁氧体抑制 元件,就可以滤除高频干扰.铁氧体磁环或磁珠专用于抑制信号线、电源线上的高频干扰和尖峰干扰,它 也具有吸收静电放电脉冲干扰的能力. 使用片式磁珠还是片式电感主要还在于实际应用场合.在谐振电路中需要使用片式电感.而需要消除不需 要的 EMI 噪声时,使用片式磁珠是最佳的选择. 片式磁珠和片式电感的应用场合: 片式电感: 射频(RF) 和无线通讯,信息技术设备,雷达检波器,汽车电子,蜂窝电话,寻呼机,音频设备,PDAs(个人数字助 理) ,无线遥控系统以及低压供电模块等.片式磁珠: 时钟发生电路,模拟电路和数字电路之间的滤波, I/O 输入/输出内部连接器(比如串口,并口,键盘,鼠标,长途电信,本地局域网) ,射频(RF)电路和 易受干扰的逻辑设备之间,供电电路中滤除高频传导干扰,计算机,打印机,录像机(VCRS) ,电视系统和 手提电话中的 EMI 噪声抑止. 磁珠的单位是欧姆,因为磁珠的单位是按照它在某一频率产生的阻抗来标称的,阻抗的单位也是欧姆.磁 珠的 DATASHEET 上一般会提供频率和阻抗的特性曲线图,一般以 100MHz 为标准,比如是在 100MHz 频率的 时候磁珠的阻抗相当于

1000 欧姆.针对我们所要滤波的频段需要选取磁珠阻抗越大越好,通常情况下选取

600 欧姆阻抗以上的. 另外选择磁珠时需要注意磁珠的通流量,一般需要降额 80%处理,用在电源电路时要考虑直流阻抗对压降 影响. 滤波电容器 尽管从滤除高频噪声的角度看,电容的谐振是不希望的,但是电容的谐振并不是总是有害的.当要滤除的 噪声频率确定时,可以通过调整电容的容量,使谐振点刚好落在骚扰频率上. 在实际工程中,要滤除的电磁噪声频率往往高达数百 MHz,甚至超过 1GHz.对这样高频的电磁噪声必须使 用穿心电容才能有效地滤除.普通电容之所以不能有效地滤除高频噪声,是因为两个原因,一个原因是电 容引线电感造成电容谐振,对高频信号呈现较大的阻抗,削弱了对高频信号的旁路作用;

另一个原因是导 线之间的寄生电容使高频信号发生耦合,降低了滤波效果. 穿心电容之所以能有效地滤除高频噪声, 是因为穿心电容不仅没有引线电感造成电容谐振频率过低的问题, 而且穿心电容可以直接安装在金属面板上,利用金属面板起到高频隔离的作用.但是在使用穿心电容时, 要注意的问题是安装问题.穿心电容最大的弱点是怕高温和温度冲击,这在将穿心电容往金属面板上焊接 www.EETchina.com www.EETchina.com 时造成很大困难.许多电容在焊接过程中发生损坏.特别是当需要将大量的穿心电容安装在面板上时,只 要有一个损坏,就很难修复,因为在将损坏的电容拆下时,会造成邻近其它电容的损坏. 随着电子设备复杂程度的提高,设备内部强弱电混合安装、数字逻辑电路混合安装的情况越来越多,电路 模块之间的相互骚扰成为严重的问题.解决这种电路模块相互骚扰的方法之一是用金属隔离舱将不同性质 的电路隔离开.但是所有穿过隔离舱的导线要通过穿心电容,否则会造成隔离失效.当不同电路模块之间 有大量的联线时,在隔离舱上安装大量的穿心电容是十分困难的事情.为了解决这个问题,国外许多厂商 开发了 滤波阵列板 ,这是用特殊工艺事先将穿心电容焊接在一块金属板构成的器件,使用滤波阵列板能 够轻而易举地解决大量导线穿过金属面板的问题.但是这种滤波阵列板的价格往往较高,每针的价格约

30 元.

三、EMI/EMC 设计经典

85 问

1、为什么要对产品做电磁兼容设计? 答:满足产品功能要求、减少调试时间,使产品满足电磁兼容标准的要求,使产品不会对系统中的 其它设备产生电磁干扰.

2、对产品做电磁兼容设计可以从哪几个方面进行? 答:电路设计(包括器件选择) 、软件设计、线路板设计、屏蔽结构、信号线/电源线滤波、电路的 接地方式设计.

3、在电磁兼容领域,为什么总是用分贝(dB)的单位描述? 答:因为要描述的幅度和频率范围都很宽,在图形上用对数坐标更容易表示,而dB 就是用对数表示 时的单位.

4、 关于 EMC,我了解的不多,但是现在电路设计中数据传输的速率越来越快,我在制做 PCB 板的时候, 也遇到了一些........