簡(jiǎn)單的EMC小課堂

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(duì)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(cè)試簡(jiǎn)單示意圖：

EMC電磁能量由輻射源產(chǎn)生后，通過電磁場(chǎng)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(duì)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(duì)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(duì)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(hào)，如變化的電壓或電流，在數(shù)字系統(tǒng)中這種電信號(hào)很常見，比如時(shí)鐘信號(hào)，數(shù)據(jù)以及DCDC開關(guān)電源等，這些信號(hào)并不是理想的方波信號(hào)，波形可能是如下圖這種：

由傅里葉變換可知，任何時(shí)域信號(hào)都能進(jìn)行頻域轉(zhuǎn)換，其中數(shù)字脈沖信號(hào)在時(shí)域的快速上升／下降時(shí)間是該信號(hào)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(huì)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(hào)的上升／下降時(shí)間有關(guān)，所以如果能減緩數(shù)字信號(hào)的上升／下降時(shí)間對(duì)EMC將起到非常大的作用，在常見的整改措施中，我們通常會(huì)在一些數(shù)字脈沖信號(hào)輸出引腳處對(duì)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(duì)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(duì)于不同子系統(tǒng)之間的線纜，還需要考慮是否需要對(duì)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(duì)端口的濾波效果就體現(xiàn)不出來了。

案例：以下是對(duì)一個(gè)車載中控屏做的EMC整改測(cè)試數(shù)據(jù)，其EMC問題是LVDS屏?xí)r鐘（時(shí)鐘信號(hào)52MHz）的高次諧波輻射超標(biāo)，一般的處理方式是在信號(hào)端口輸出端對(duì)差分對(duì)信號(hào)加共模濾波器，由于原先沒有預(yù)留位置，加上LVDS信號(hào)線太細(xì)無法加共模，后面對(duì)信號(hào)線中的數(shù)據(jù)線并聯(lián)了小容值的電容，時(shí)鐘信號(hào)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(duì)屏排線進(jìn)行了屏蔽處理，以下是處理前后數(shù)據(jù)對(duì)比：

整改前數(shù)據(jù)

整改后數(shù)據(jù)

從數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，通過電容濾波以及對(duì)數(shù)據(jù)線進(jìn)行屏蔽，可以有效降低電磁輻射。這里信號(hào)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(hào)的高次諧波在發(fā)送過程中還會(huì)串?dāng)_到與它靠近的信號(hào)線，因此在信號(hào)線上濾波需要考慮同時(shí)濾除其他信號(hào)線的高次諧波，這里通過對(duì)地并電容減小了信號(hào)高頻的回路，進(jìn)而減小了輻射，同時(shí)對(duì)排線的屏蔽處理也降低了輻射強(qiáng)度。

２.３使接收器對(duì)發(fā)射不敏感

使接受器對(duì)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(duì)應(yīng)的要做的就是產(chǎn)品的抗擾度測(cè)試，測(cè)試項(xiàng)目有傳導(dǎo)抗擾測(cè)試，如靜電測(cè)試，浪涌測(cè)試，大電路注入（BCI）測(cè)試，輻射抗擾測(cè)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(cè)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(hào)，少部分能量會(huì)耦合到信號(hào)線上。這樣會(huì)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(huì)造成芯片損壞；

（２）少部分能量在信號(hào)線上流竄，產(chǎn)生的干擾信號(hào)會(huì)造成系統(tǒng)的錯(cuò)誤動(dòng)作。

為了處理這個(gè)問題，需要首先明確被干擾的對(duì)象，確定系統(tǒng)中被干擾的對(duì)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)。