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EMC知识经典问答

1、为什么要对产品做电磁兼容设计?

答:电磁兼容满足产品功能要求、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。

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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PCB板的时候,也遇到了一些PCBEMC问题,但是觉得太。我想好好在这方面学习学习,并不是随大流,大家学什么我就学什么,是自己真的觉得EMC在今后的电路设计中的重要性越来越大,就像我在前面说的,自己了解不深,不知道怎么入手,想问问,要在EMC方面做的比较出色,需要有哪些基础知识,应该学习哪些基础课程。如何学习才是一条比较好的道路,我知道任何一门学问学好都不容易,也不曾想过短期内把他搞通,只是希望给点建议,尽量少走一些弯路。

答:关于EMC需要首先了解一下EMC方面的标准,如EN55022(GB9254)EN55024,以及简单测试原理,另外需要了解EMI元器件的使用,如电容,磁珠,差模电感,共模电感等,在PCB层面需要了解PCB的布局、层叠结构、高速布线对EMC的影响以及一些规则。还有一点就是对出现EMC问题需要掌握一些分析与解决思路。这些今后是作为一个硬件人员必须掌握的基本知识!


5、电磁兼容设计基本原则

答:电子线路设计准则电子线路设计者往往只考虑产品的功能,而没有将功能和电磁兼容性综合考虑,因此产品在完成其功能的同时,也产生了大量的功能性骚扰及其它骚扰。

而且,不能满足敏感度要求。电子线路的电磁兼容性设计应从以下几方面考虑:

元件选择在大多数情况下,电路的基本元件满足电磁特性的程度将决定着功能单元和最后的设备满足电磁兼容性的程度。选择合适的电磁元件的主要准则包括带外特性和电路装配技术。

因为是否能实现电磁兼容性往往是由远离基频的元件响应特性来决定的。而在许多情况下,电路装配又决定着带外响应(例如引线长度)和不同电路元件之间互相耦合的程度。具体规则是:

在高频时,和引线型电容器相比,应优先用引线电感小的穿心电容器或支座电容器来滤波。

在必须使用引线式电容时,应考虑引线电感对滤波效率的影响。

铝电解电容器可能发生几微秒的暂时性介质击穿,因而在纹波很大或有瞬变电压的电路里,应该使用固体电容器。

使用寄生电感和电容量小的电阻器。片状电阻器可用于超高频段。

大电感寄生电容大,为了提高低频部分的插损,不要使用单节滤波器,而应该使用若干小电感组成的多节滤波器。

使用磁芯电感要注意饱和特性,特别要注意高电平脉冲会降低磁芯电感的电感量和在滤波器电路中的插入损耗。

尽量使用屏蔽的继电器并使屏蔽壳体接地。

选用有效地屏蔽、隔离的输入变压器。

用于敏感电路的电源变压器应该有静电屏蔽,屏蔽壳体和变压器壳体都应接地。

设备内部的互连信号线必须使用屏蔽线,以防它们之间的骚扰耦合。

为使每个屏蔽体都与各自的插针相连,应选用插针足够多的插头座。


6GPS电磁干扰现象表现:尤其是GPS应用在PMP这种产品,功能是MP4MP3FM调频+GPS导航功能的手持车载两用的GPS终端产品,一定得有一个内置GPS Antenna,这样GPS AntennaGPS终端产品上的MCUSDROM、晶振等元器件很容易产生EMI/EMC电磁干扰,致使GPS Antenna的收星能力下降很多,几乎没办法正常定位。采取什么样的办法可以解决这样的EMI/EMC电磁干扰?

答:可以在上面加上ESD Filter,既有防静电又能抗电磁干扰。我们的手机客户带GPS功能的就用的这个方法。做这些的厂家有泰克(瑞侃),佳邦,韩国ICT等等很多。


7、最近正想搞个0--150M,增益不小于80 DB的宽带放大器,!请问在EMC方面应该注意什么问题呢?

:宽带放大器设计时特别要注意低噪声问题,比如要电源供给必须足够稳定等。

注意输入和出的阻抗匹配问题,比如共基输入射随输出等

各级的偶问题,包括高频和低频纹波等

深度负反馈,以及防止自激振荡和环回自激等

带通滤波的设计问题

:实在不好回答,看不到实际的设计,一切建议还是老生常谈:注意EMC的三要素,注意传导和辐射路径,注意电源分配和地弹噪声。

150MHz是模拟信号带宽,数字信号的上升沿多快呢?如果转折频率也在150MHz以下,个人认为,传导耦合,电源平面辐射将是主要考虑的因素,先做好电源的分配,分割和去耦电路吧。

80dB,增益够高的,做好前极小信号及其参考电源和地的隔离保护,尽量降低这个部分的电源阻抗。


8、求教小功率直流永磁电机设计中EMC的方法和事项。生产了一款90W的直流永磁电机(110~120V,转速2000/分钟)EMC一直超标,生产后先把16槽改24槽,做了轴绝缘,未能达标!现在又要设计生产125W的电机,如何处理?

答:直流永磁电机设计中EMC问题,主要由于电机转动中产生反电动势和换相时引起的打火。具体分析,可以使用RMxpert来设计优化电机参数,Maxwell2D来仿真EMI实际辐射。


9、我们现在测量PCB电磁辐射很麻烦,采用的是频谱仪加自制的近场探头,先不说精度的问题,光是遇到大电压的点都很头疼,生怕频谱仪受损。不知能否通过仿真的方法解决。

答:首先,EMI的测试包括近场探头和远场的辐射测试,任何仿真工具都不可能替代实际的测试;其次,AnsysPCB单板噪声和辐射仿真工具SIwave和任意三维结构的高频结构仿真器HFSS分别可以仿真单板和系统的近场和远场辐射,以及在有限屏蔽环境下的EMI辐射。

 仿真的有效性,取决于你对自己设计的EMI问题的考虑以及相应的软件设置。

例如:单板上差模还是共模辐射,电流源还是电压源辐射等等。就我们的一些实践和经验,绝大多数的EMI问题都可以通过仿真分析解决,而且与实际测试比较,效果非常好。


10、听说AnsysEMC工具一般仿真1GHz以上频率的,我们板上频率最高的时钟线是主芯片到SDRAM的只有133MHz,其余大部分的频率都是KHz级别的。我们主要用ADS/Hyperlynx做的SI/PI设计,操作比较简单,但是现在整板的EMC依旧超标,影响画面质量。另外,你们的工具和Mentor PADS有接口吗?

答:Ansys的工具可以仿真从直流到几十GHz以上频率的信号,只是相对其它工具而言,1GHz以上的有损传输线模型更加精确。据我所知,ADS/HyperLynx主要是做SIcrosstalk的仿真,以及一点单根信号线的EMI辐射分析,目前还没有

PI分析的功能。影响单板的EMC的原因很多,解决信号完整性和串扰只是解决EMC的其中一方面,电源平面的噪声,去耦策略,屏蔽方式,电流分布路径等都会影响到EMC指标。

这些都可以再AnsysSIwave工具中,通过仿真进行考察。补充说明,Ansys的工具与Mentor PADS有接口。


11EMI的问题和信号完整性的问题,是相互关联的,如何在定义标准的过程中,平衡两者?

答:信号完整性和EMC虽然关系很强,但是信号完整性一直都没有特别强制的标准发布。至于信号完整性和EMI两者如何平衡,这不是测试规范的事,如果要达到二者平衡,最好在满足信号完整性的要求下降低信号上升和下降沿。


12PCB设计中如何尽可能的达到EMC要求,又不致造成太大的成本压力?

答:PCB板上会因EMC而增加的成本通常是因增加地层数目以增强屏蔽效应及增加了ferrite beadchoke等抑制高频谐波器件的缘故。

除此之外,通常还是需搭配其它机构上的屏蔽结构才能使整个系统通过EMC的要求。以下仅就PCB板的设计技巧提供几个降低电路产生的电磁辐射效应。

几个降低电路产生的电磁辐射效应

① 尽可能选用信号斜率(slew rate)较慢的器件,以降低信号所产生的高频成分。

② 注意高频器件摆放的位置,不要太靠近对外的连接器。

③ 注意高速信号的阻抗匹配,走线层及其回流电流路径(return current path), 以减少高频的反射与辐射。

④ 在各器件的电源管脚放置足够与适当的去耦合电容以缓和电源层和地层上的噪声。特别注意电容的频率响应与温度的特性是否符合设计所需。

⑤ 对外的连接器附近的地可与地层做适当分割,并将连接器的地就近接到chassis ground。

⑥ 可适当运用ground guard/shunt traces在一些特别高速的信号旁。但要注意guard/shunt traces对走线特性阻抗的影响。

⑦ 电源层比地层内缩20H,H为电源层与地层之间的距离。


13、在高速PCB设计时,设计者应该从哪些方面去考虑EMCEMI的规则呢?

答:一般EMI/EMC设计时需要同时考虑辐射(radiated)与传导(conducted)两个方面. 前者归属于频率较高的部分(>30MHz)后者则是较低频的部分(<30MHz)

 所以不能只注意高频而忽略低频的部分.一个好的EMI/EMC设计必须一开始布局时就要考虑到器件的位置, PCB迭层的安排, 重要联机的走法, 器件的选择等, 如果这些没有事前有较佳的安排, 事后解决则会事倍功半, 增加成本.

例如时钟产生器的位置尽量不要靠近对外的连接器, 高速信号尽量走内层并注意特性阻抗匹配与参考层的连续以减少反射, 器件所推的信号之斜率(slew rate)尽量小以减低高频成分, 选择去耦合(decoupling/bypass)电容时注意其频率响应是否符合需求以降低电源层噪声。

另外, 注意高频信号电流之回流路径使其回路面积尽量小(也就是回路阻抗loop impedance尽量小)以减少辐射. 还可以用分割地层的方式以控制高频噪声的范围. 最后, 适当的选择PCB与外壳的接地点(chassis ground)


14PCB设计时,怎样通过安排层来减少EMI问题?

答:首先,EMI要从系统考虑,单凭PCB无法解决问题。层叠对EMI来讲,我认为主要是提供信号最短回流路径,减小耦合面积,抑制差模干扰。另外地层与电源层紧耦合,适当比电源层外延,对抑制共模干扰有好处。


15、安规问题:FCCEMC的具体含义是什么?

答:FCC: federal communication commission 美国通信委员会;EMC: electro megnetic compatibility 电磁兼容。FCC是个标准组织,EMC是一个标准。标准颁布都有相应的原因,标准和测试方法。


16、在EMC测试中发现时钟信号的谐波超标十分严重,只是在电源引脚上连接去耦电容。在PCB设计中需要注意哪些方面以抑止电磁辐射呢?

答:EMC三要素为辐射源、传播途径和受害体。传播途径分为空间辐射传播和电缆传导。所以要抑制谐波,首先看看它传播的途径。电源去耦是解决传导方式传播,此外,必要的匹配和屏蔽也是需要的。


17、在PCB设计中,通常将地线又分为保护地和信号地;电源地又分为数字地和模拟地,为什么要对地线进行划分?

答:划分地的目的主要是出于EMC的考虑,担心数字部分电源和地上的噪声会对其它信号,特别是模拟信号通过传导途径有干扰。

至于信号和保护地的划分,是因为EMCESD静放电的考虑,类似于我们生活中避雷针接地的作用。无论怎样分,最终的大地只有一个。只是噪声泄放途径不同而已。


18PCB设计中,在布时钟时,有必要两边加地线屏蔽吗?

答:是否加屏蔽地线要根据板上的串扰/EMI情况来决定,而且如对屏蔽地线的处理不好,有可能反而会使情况更糟。


19、我做了个TFT LCD的显示屏,别人在做EMC测试时,干扰信号通过空间传导过来,导致屏幕显示的图象会晃动,幅度挺大的。谁能指点下,要怎么处理!是在几股信号线上加干扰脉冲群,具体是叫什么名字我也不太清楚,干扰信号通过信号线辐射出来的。

答:如果是单独的LCDEMC测试中的脉冲群试验几乎是过不去的,特别是用耦合钳的时候,会够你受的了。如果是仪器中用到了LCD,就不难解决了,例如信号线的退耦处理,导电膏适当减小LCD入口的阻抗,屏表面加屏蔽导电丝网等。


20、前段时间EMC测试,GSM固定无线电话在100MHz-300MHz之间有辐射杂散现象。之后,公司寄给我两部喷有静电漆的屏蔽外壳话机,实验室不准换整部话机,我就把喷有铁磁性材料的静电漆的外壳换到了要修改测试的话机上。测试结果显示以前的杂散现象没有了,但是主频出现了问题,话机工作的主频是902MHz,但在905-910MHz之间又出现了几个频率,基本情况就是这样。修改过程中,我只换了外壳,电路板和其他硬件都没有做任何修改

答:话机种类可以理解为:无线手机、无绳电话等等。需要明确一下:话机的类型、主机工作频率范围以及机壳静电喷涂材料的类型:如铁磁类或非铁磁类导电材料以及导电率等


21、最近在写一个2KW的吸尘器软件,功能是实现了,但过不了EMC。请指点下,软件上面采用哪种算法,可以过EMC! 功能简述如下:

软起动和软调速功能。(所谓软起动也就是电机慢慢的加速,速度不会突变)

可以调节电机的转速。

是用可控硅控制电机的。控制方式是对正弦波斩波。

在硬件方面,电路很简单,硬件处理EMC就只一个0.1uF的安规电容。

答:和硬件方面沟通,可能要多下功夫,单纯软件很难解决。


22、电磁兼容的一些基本问题:认证中经常遇到的一些EMC问题。

答:下面是总结出来的一些针对于电子产品中的部分问题。

一般电子产品都最容易出的问题有:RE--辐射,CE--传导,ESD--静电。

通讯类电子产品不光包括以上三项:RECEESD,还有Surge--浪涌(雷击,打雷)

医疗器械最容易出现的问题是:ESD--静电,EFT--瞬态脉冲抗干扰,CS--传导抗干扰,RS--辐射抗干扰

针对于北方干燥地区,产品的ESD--静电要求要很高。

针对于像四川和一些西南多雷地区,EFT防雷要求要很高。


23、请问那位大侠做过V.35E1G.7036?K)、继电器接口的EMC设计?能否给点建议?

主要要过下面几个标准:

GB/T 17626.12IEC61000-4-12)电磁兼容试验和测量技术 振荡波抗干扰度试验

GB/T17626.2IEC61000-4-2)电磁兼容试验和测量技术 静电放电抗干扰度试验

GB/T 17626.3IEC61000-4-3)电磁兼容试验和测量技术 射频电磁场辐射抗干扰度测试

GB/T 17626.4IEC61000-4-4)电磁兼容试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗干扰度试验

GB/T 17626.5IEC61000-4-5)电磁兼容试验和测量技术 浪涌冲击抗干扰度试验GB/T 17626.6IEC61000-4-6)电磁兼容试验和测量技术 射频场感应的传导骚扰抗干扰度

答:这些标准都是EMC测试的一些基础标准,还需要结合你的产品确定具体指标。你的这些接口是通信接口,一般有标准电路。

当单板原理图滤波设计、PCB的正确布局布线设计的时候,一般都可以通过测试,其他情况下需要增加EMC滤波、瞬态抑制器件,这需要结合具体接口分析。


24、测量人体的生物磁信息是一种新的医疗诊断方法,这种生物磁的测量必须在磁场屏蔽室中进行, 这个屏蔽室必须能屏蔽从静磁场到1GHz 的交变电磁场,请提出这个屏蔽室的 设计方案。

答:首先考虑屏蔽材料的选择问题,由于要屏蔽频率很低的磁场,因此要使用高导磁率的材料,比如坡莫合金。由于坡莫合金经过加工后,导磁率会降低,必须进行热处理。

因此,屏蔽室要成拼装式的,由板材拼装而成。事先将各块板材按照设计加工好,然后进行热处理,运输到现场,十分小心进行安装。每块板材的结合处要重叠起来,以便形成连续的磁通路。

这样构成的屏蔽室能够对低频磁场有较好的屏蔽效能,但缝隙会产生高频泄漏。为了弥补这个不足,在坡莫合金屏蔽室的外层用铝板焊接成第二层屏蔽,对高频电磁场起到屏蔽作用。

 


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