電磁兼容,就是當各個電子設備在一起時,都能夠正常工作。也就是說,你設計的設備,既不能干擾別人,也不能被別人干擾。
想要引起EMC問題,需要有輻射源,耦合路徑以及接收器。
電磁兼容性問題的潛在輻射源包括無線電發(fā)射機、高頻電路線,電力線等使用或者產生電磁場的物體;接收器,則包括無線電接收器、電子電路等幾乎任何使用或者能夠探測到電磁能量的設備。
而耦合路徑,則包括傳導和輻射。
所謂傳導干擾,是指電子設備產生的干擾信號通過導線或公共電源線互相產生干擾,是低頻干擾,頻率最高到30MHz。
所謂輻射干擾,是指電子設備產生的干擾信號通過空間耦合干擾其他設備,是高頻干擾。
輻射又分磁場耦合,電場耦合以及電磁場耦合。耦合路徑通常是這些耦合方式的組合,而且衰減其中一條路徑的同時,可能會使另一條耦合路徑增強。
每個EMC問題,對存在輻射源、耦合路徑以及接收端。解決EMC問題,就是找出這些因素,針對這些因素做出改進。
這些改進措施,籠統(tǒng)地講,包括:
1 降低源端的干擾信號
比如說,數字信號的上升/下降時間越短,其所包含的高頻頻譜越多;一般來說,頻率越高,越容易耦合到接收端。如果我們想降低數字信號所引起的干擾的話,可以拉長數字信號的上升/下降時間。但前提是,需要保證接收該數字信號的器件的正常工作。
2 切斷耦合路徑
比如說,在接收器外面罩上屏蔽罩,則是切斷耦合路徑的一種方法。但是這種方法,有時候成本高,而且并不能達到理想的性能。
3 降低接收端對干擾的敏感度
這個往往比較難,因為降低對干擾的敏感度的同時,可能會影響其對有用信號的接收。
很多時候,產品最后調著調著,就卡在EMC上了,比如我現在所處的狀態(tài)?,F在在看我的PCB布局,就覺得當時有些線考慮不周。
PCB的不良布局,是EMC的一個主要來源。
在對PCB進行布局時,我們需要從以下四個方面做一個預判:
1 電路中有哪些輻射源
電路中比較常見的輻射源包括:時鐘,數字信號,DC-DC轉換,直流電源線以及低速線。
時鐘:周期變化,會產生諧波;
數字信號:雖然不是周期變化,但是也會產生比較大的噪聲;
直流電源線以及低速線:雖然這些線本來的目的,是走電源或者低速信號。但是可能會有高速信號反串到這些線中,造成干擾。所以,如果一個IC內部有高速電路,那做PCB設計時,把與其連接的每根線都當成高速信號線小心對待。
2 電路中關鍵的回流路徑
首先,需要知道,電流是一個環(huán)路,有多少過去,就有多少回來。
再者,電流是追尋最小阻抗,Z=R+jwL。所以當頻率低的時候,是找電阻最小的路徑;而頻率高的時候,則是找電感最小的路徑。從下圖中,可以看到,當頻率為1KHz時,回流路徑則選擇兩點最短的路徑;當頻率〉1MHz時,回流路徑則選擇最小感抗的路徑。
所以,假設有兩個器件,從器件A有一50MHz的信號到器件B,則其回流路徑則為PATH2,而非PATH1。回流從器件B的GND管腳流出,經過50MHz高速線的下方,回到器件A的GND管腳。
如果信號頻率在KHz以下,那么回流會散到大部分的電路板上,因為要沿著最小電阻走嘛,散的開,截面積就大,電阻就小。如果板上有敏感的模擬信號,可能會有問題。這個時候,可以在地上割個縫隙,如下圖所示。
3 板子上是否有天線形成
有時候畫板子的時候,不小心就形成一個天線。
PCB板上不小心形成的天線,一般都滿足下面三個條件:
天線包含兩個部分
兩個部分都不是電小尺寸(就是說,天線的尺寸要和波長能夠在同一數量級)
兩個部分之間存在感應電壓
對于小于100MHz的低頻信號,對應波長為3m;一般的PCB板,都遠小于這個值。所以,在這個頻率以下,一般會發(fā)生天線效應的,可能就是電纜或者金屬機殼了。只要避免電纜之間產生電壓,則會減小發(fā)生天線效應的可能性。這可以通過將接插件放置在PCB板的同一側實現。
在PCB中,像散熱器,電源層,高器件等都可能具有天線效應,因為其一部分是PCB上的金屬平面,而另外一部分,這遠離該金屬平面。
4 找一下可能的耦合路徑
耦合路徑有傳導,電場耦合,磁場耦合和電磁場耦合。
參考文獻:
CLAYTON R. PAUL,Introduction to Electromagnetic Compatibility
Elya B. Joffe Kai-Sang Lock ,GROUNDS FOR GROUNDING A Circuit-to-System Handbook
https://learnemc.com/other-good-emc-design-guidelines