- 不同頻率范圍檢測產(chǎn)品EMC性能的不同方法
- 建立企業(yè)EMC設計技術平臺，以準則指導每階段EMC設計
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EMC標準根據(jù)頻率范圍的不同，或是使用傳導測試方法，或是使用輻射測試方法來檢測產(chǎn)品的EMC性能；引致產(chǎn)品EMI的原因，大多數(shù)都與導線、電纜、接大地和需要為電子元件提供參考面密切相關。在工作中往往需要產(chǎn)品研發(fā)工程師依據(jù)自身的EMC專業(yè)知識和豐富的EMC實踐經(jīng)驗來對此加以判斷和取舍。本文討論了不同頻率范圍檢測產(chǎn)品EMC性能的不同方法，并指導工程師建立企業(yè)EMC設計技術平臺，在設計過程中結(jié)合EMC設計準則，在器件的位置安排和布線、走線時予以遵循。
頻率在1MHz以下時，設備的物理尺寸和電纜長度相比于電磁波的波長通常都會太小或太短，與它們相關聯(lián)的雜散寄生阻抗會很高，發(fā)射大部分由差模電流和電壓引起，最大的發(fā)射問題由設備的AC電源電纜所造成。當差模處在這個頻率范圍以內(nèi)時，AC/DC變換器等是設備大部分電氣噪聲的主要生產(chǎn)者。譬如，在使用一個變頻器驅(qū)動一個異步電動機的場合，在遠低于1MHz頻率情況下，電動機繞組和它的金屬構(gòu)件之間就已經(jīng)能夠引起高電平的CM電流了。
雖然有些場合中的AC電源電纜會非常長，但它們的發(fā)送和返回線之間的絞合結(jié)構(gòu)，就能夠幫助它們確保較低的輻射發(fā)射，EMC問題通常都出現(xiàn)在傳導發(fā)射上。切斷傳導耦合通道是主要的設計手段。
頻率達到1MHz以上時，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地位的程度。通過把電纜靠近接地平面敷設、增加接地導體的橫截面積以及在電源和信號線與接地平面之間增設電容等都可以減小共模發(fā)射強度。
當然，設備與地平面之間的搭接狀況對控制發(fā)射是一個很重要的環(huán)節(jié)。但在有些場合，去掉搭接或者增加它們的阻抗，效果可能會更好，而有時增加搭接點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，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)射有可能超過共模發(fā)射。在這些頻率范圍內(nèi)，降低差模輻射強度，涉及到如何減小環(huán)路尺寸。有時去掉接地導體或其它與地平面的搭接或增加它們的阻抗會獲得較好的效果。當然，有時則是降低與地平面之間的搭接阻抗，作用會更大一些。
EMC標準根據(jù)頻率范圍的不同，或是使用傳導測試方法，或是使用輻射測試方法來檢測產(chǎn)品的EMC性能。傳導測試和輻射測試兩種方法都采用測試激勵源作為共模，而最為關鍵的是外部共模激勵源是以何種方式（傳導還是輻射）轉(zhuǎn)換并進入差模，形成差模噪聲的。這個轉(zhuǎn)換過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，反過來同樣可以使外部共模轉(zhuǎn)換并進入差模，形成差模噪聲。
引致產(chǎn)品EMI的原因，大多數(shù)都與導線、電纜、接大地和需要為電子元件提供參考面密切相關，即便是某個電纜長度和布線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、部件制造廠商所提供的EMC技術應用指南來完成。但這些指南或指導原則僅能在理想化的技術條件之間或指南或指導原則本身之間（不同制造廠商所提供的指南有時會有所不同，甚至相互抵觸）相互不矛盾的情況下使用。況且，其中相當一部分的應用手冊是由一些從來都沒有做過EMC測試的公司所撰寫的，或是在使用完全不切實際的一些設備條件下完成，不斷重復、盲目地寫入它們新產(chǎn)品的應用手冊之中的。
當不同的制造廠商所指定的指導原則或指南各不相同或相互矛盾的時候，就迫切需要產(chǎn)品研發(fā)工程師依據(jù)自身的EMC專業(yè)知識和豐富的EMC實踐經(jīng)驗來加以判斷和取舍。因此，良好的EMC知識積累和企業(yè)的產(chǎn)品EMC設計技術平臺的建立，將有助于企業(yè)更好地完成新產(chǎn)品的開發(fā)。
EMC研究的重點是產(chǎn)品的非預期效果、非工作性能、非預期發(fā)射和非預期響應。在分析騷擾迭加和出現(xiàn)概率時，通常都需要按最不利原則進行考慮，而這要比研究產(chǎn)品的工作性能復雜得多。
在開發(fā)過程中，產(chǎn)品設計主要經(jīng)歷：總體規(guī)格方案設計、產(chǎn)品原理圖設計、電源電路設計、PCB設計、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計、線纜連接設計、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)試裝、摸底預測試、認證測試等等幾個階段。企業(yè)的設計研發(fā)部門應該建立產(chǎn)品EMC的設計技術平臺，在每個階段的設計節(jié)點都編制相應的EMC設計規(guī)則和EMC設計規(guī)范，用于指導產(chǎn)品設計工程師進行產(chǎn)品的EMC設計。
EMC的設計準則通常被概括為一些規(guī)定，它們代表一些基本經(jīng)驗知識的總結(jié)。開發(fā)過程中，設計工程師必須把這些準則結(jié)合到設計過程中去，在器件的位置安排和布線、走線時予以遵循。
實踐中，產(chǎn)品研發(fā)工程師應該從接到設計任務書那一刻開始，就要明了產(chǎn)品的工作平臺，明確產(chǎn)品進行EMC測試認證需要滿足的標準條款，明了滿足測試項目必須進行的EMC設計要點。
從開始設計階段，就要按照設計規(guī)范和設計規(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；設計好印制線路板的分區(qū)、分層、布局與布線；將產(chǎn)品的整體結(jié)構(gòu)布局好；設置好“干凈地”；處理好I/O端口；敷設好連接線纜等等。
先期良好的EMC設計，增加不了多少產(chǎn)品成本，但是對EMI問題的解決要有效得多。 譬如，低頻范圍內(nèi)的EMC標準認證，如果沒有從設計源頭考慮產(chǎn)品的EMC性能保障，等到測試時出現(xiàn)EMI問題了再進行產(chǎn)品整改，EMI問題的整改往往就會因為空間有限而實現(xiàn)不了，從而不得不推翻原有的設計而重新來過。因為低頻范圍內(nèi)，鐵氧體材料的吸波作用基本無效，只能采用LC濾波器處理傳導噪聲。LC濾波器的體積很大（低頻濾波電感很大，用幾個小電感串聯(lián)取代一個大電感體積會加大、成本會更高），價格很可觀，而且選用也很費力（可能需要選型幾次，才能達到衰減指標）。而低頻磁場的屏蔽體（鐵磁材料做屏蔽罩，垂直磁力線方向不能開口或有縫隙）更是又笨又重，并且每一次機械加工過后都還需要進行退火熱處理。
當然，必要時，還是不得不采用這些手段的。但若在產(chǎn)品的EMC設計技術平臺上將EMC的設計規(guī)范和設計規(guī)則完好地體現(xiàn)出來，良好地進行電源、PCB、I/O口、線纜等等的EMC設計，就會減輕外加濾波器與屏蔽罩殼的設計壓力。
