EMI/EMC設計經(jīng)典70問(wèn)答(一）

1、為什么要對產(chǎn)品做電磁兼容設計？
答：滿(mǎn)足產(chǎn)品功能要求、減少調試時(shí)間，使產(chǎn)品滿(mǎn)足電磁兼容標準的要求，使產(chǎn)品不會(huì )對系統中的其它設備產(chǎn)生電磁干擾。
2、對產(chǎn)品做電磁兼容設計可以從哪幾個(gè)方面進(jìn)行？
答：電路設計（包括器件選擇）、軟件設計、線(xiàn)路板設計、屏蔽結構、信號線(xiàn)/電源線(xiàn)濾波、電路的接地方式設計。
3、在電磁兼容領(lǐng)域，為什么總是用分貝（dB）的單位描述？
答：因為要描述的幅度和頻率范圍都很寬，在圖形上用對數坐標更容易表示，而dB 就是用對數表示時(shí)的單位。
4、關(guān)于EMC，我了解的不多，但是現在電路設計中數據傳輸的速率越來(lái)越快，我在制做PCB板的時(shí)候，也遇到了一些PCB的EMC問(wèn)題，但是覺(jué)得太潛。我想好好在這方面學(xué)習學(xué)習，并不是隨大流，大家學(xué)什么我就學(xué)什么，是自己真的覺(jué)得EMC在今后的電路設計中的重要性越來(lái)越大，就像我在前面說(shuō)的，自己了解不深，不知道怎么入手，想問(wèn)問(wèn)，要在EMC方面做的比較出色，需要有哪些基礎知識，應該學(xué)習哪些基礎課程。如何學(xué)習才是一條比較好的道路，我知道任何一門(mén)學(xué)問(wèn)學(xué)好都不容易，也不曾想過(guò)短期內把他搞通，只是希望給點(diǎn)建議，盡量少走一些彎路。
答：關(guān)于EMC需要首先了解一下EMC方面的標準，如EN55022(GB9254)，EN55024，以及簡(jiǎn)單測試原理，另外需要了解EMI元器件的使用，如電容，磁珠，差模電感，共模電感等，在PCB層面需要了解PCB的布局、層疊結構、高速布線(xiàn)對EMC的影響以及一些規則。還有一點(diǎn)就是對出現EMC問(wèn)題需要掌握一些分析與解決思路。這些今后是作為一個(gè)硬件人員必須掌握的基本知識！
5、一個(gè)剛涉足PCB設計的新手，想請教一下，要想做好PCB設計應該多多掌握哪方面的知識?另外，在PCB設計中遇到的關(guān)于安規方面的知識一般在哪里能找到?盼望您 的指點(diǎn)，不勝感激!
答：對于PCB設計應該掌握：
1、熟悉與掌握相關(guān)PCB設計軟件，如POWERPCB/CANDENCE等；
2、了解熟悉所設計產(chǎn)品的具體架構，同時(shí)熟悉原理圖電路知識，包含數字與模擬知識；
3、掌握PCB加工流程、工藝、可維護加工要求；
4、掌握PCB板高速信號完整性、電磁兼容(emi與ems）、SI、PI仿真設計等相關(guān)的知識；
5、 如果相關(guān)工作涉及射頻，還需掌握射頻知識；
6、對于PCB設計地的按規知識主要看GB4943或UL60950，一般的絕緣間距要求通過(guò)查表可以得到！
6、電磁兼容設計基本原則
答：電子線(xiàn)路設計準則電子線(xiàn)路設計者往往只考慮產(chǎn)品的功能，而沒(méi)有將功能和電磁兼容性綜合考慮，因此產(chǎn)品在完成其功能的同時(shí)，也產(chǎn)生了大量的功能性騷擾及其它騷擾。而且，不能滿(mǎn)足敏感度要求。電子線(xiàn)路的電磁兼容性設計應從以下幾方面考慮：
元件選擇在大多數情況下，電路的基本元件滿(mǎn)足電磁特性的程度將決定著(zhù)功能單元和*后的設備滿(mǎn)足電磁兼容性的程度。選擇合適的電磁元件的主要準則包括帶外特性和電路裝配技術(shù)。因為是否能實(shí)現電磁兼容性往往是由遠離基頻的元件響應特性來(lái)決定的。而在許多情況下，電路裝配又決定著(zhù)帶外響應（例如引線(xiàn)長(cháng)度）和不同電路元件之間互相耦合的程度。具體規則是：
⑴在高頻時(shí)，和引線(xiàn)型電容器相比，應優(yōu)先進(jìn)用引線(xiàn)電感小的穿心電容器或支座電容器來(lái)濾波。
⑵在必須使用引線(xiàn)式電容時(shí)，應考慮引線(xiàn)電感對濾波效率的影響。
⑶鋁電解電容器可能發(fā)生幾微秒的暫時(shí)性介質(zhì)擊穿，因而在紋波很大或有瞬變電壓的電路里，應該使用固體電容器。
⑷使用寄生電感和電容量小的電阻器。片狀電阻器可用于超高頻段。
⑸大電感寄生電容大，為了提高低頻部分的插損，不要使用單節濾波器，而應該使用若干小電感組成的多節濾波器。
⑹使用磁芯電感要注意飽和特性，特別要注意高電平脈沖會(huì )降低磁芯電感的電感量和在濾波器電路中的插損。
⑺盡量使用屏蔽的繼電器并使屏蔽殼體接地。
⑻選用有效地屏蔽、隔離的輸入變壓器。
⑼用于敏感電路的電源變壓器應該有靜電屏蔽，屏蔽殼體和變壓器殼體都應接地。
⑽設備內部的互連信號線(xiàn)必須使用屏蔽線(xiàn)，以防它們之間的騷擾耦合。
⑾為使每個(gè)屏蔽體都與各自的插針相連，應選用插針足夠多的插頭座。

7、方波脈沖驅動(dòng)電感傳感器的問(wèn)題
答：
1、信號測試過(guò)程中，盡量在屏蔽環(huán)境下進(jìn)行，如果不便的話(huà)，至少要屏蔽傳感器和前級。
2、測試過(guò)程中盡量使用差分探頭，或至少要盡可能減短探頭的接地線(xiàn)長(cháng)度。這樣能減少測試誤差。
3、你的電路實(shí)際工作頻率并不太高，可以通過(guò)布線(xiàn)減少振鈴。為了噪聲特性更好，應當考慮共模信號的抑制問(wèn)題，必要時(shí)插入共扼電抗器，同時(shí)注意整個(gè)工作環(huán)境中的開(kāi)關(guān)電源噪聲，以及避免電源耦合。
4、如果傳感器允許，可以使用電流放大模式，這有利于提高速度，降低噪聲。模擬開(kāi)關(guān)盡量放到前置放大器之后，盡管多了一路前放，但性能提高不少，而且降低調試難度。
5、如果十分介意波形，考慮額外的頻率補償。如果僅僅是數字檢測，則應當降低工作頻率?？偠灾?，能低頻則低頻，能隔直則隔直。
6、注意AD轉換前的抗混疊濾波，以及軟件濾波，提高數據穩定性。

8、GPS電磁干擾現象表現：尤其是GPS應用在PMP這種產(chǎn)品，功能是MP4、MP3、FM調頻+GPS導航功能的手持車(chē)載兩用的GPS終端產(chǎn)品，一定得有一個(gè)內置GPS Antenna，這樣GPS Antenna與GPS終端產(chǎn)品上的MCU、SDROM、晶振等元器件很容易產(chǎn)生EMI/EMC電磁干擾，致使GPS Antenna的收星能力下降很多，幾乎沒(méi)辦法正常定位。采取什么樣的辦法可以解決這樣的EMI/EMC電磁干擾？
答：可以在上面加上ESD Filter，既有防靜電又能抗電磁干擾。我們的手機客戶(hù)帶GPS功能的就用的這個(gè)方法。做這些的廠(chǎng)家有泰克（瑞侃），佳邦，韓國ICT等等很多。
9、板子上幾乎所有的重要信號線(xiàn)都設計成差分線(xiàn)對，目的在增強信號抗干擾能力，一直有很多困惑的地方:
1.是否差分信號只定義在仿真信號或數字信號或都有定??
2.在實(shí)際的線(xiàn)路圖中差分線(xiàn)對上的網(wǎng)羅如濾波器，應如何分析其頻率響應，是否還是與分析一般的二端口網(wǎng)羅的方法一樣?
3.差分線(xiàn)對上承載的差分信號如何轉換成一般的信號? 差分線(xiàn)對上的信號波形是怎樣的，相互之間的關(guān)系如何?
答：
1，差分信號只是使用兩根信號線(xiàn)傳輸一路信號，依靠信號間電壓差進(jìn)行判決的電路，既可以是模擬信號，也可以是數字信號。實(shí)際的信號都是模擬信號，數字信號只是模擬信號用門(mén)限電平量化后的取樣結果。因此差分信號對于數字和模擬信號都可以定義。
2，差分信號的頻率響應，這個(gè)問(wèn)題好。實(shí)際差分端口是一個(gè)四端口網(wǎng)絡(luò )，它存在差模和共模兩種分析方式。如下圖所示。在分析頻率相應的時(shí)候，要分別添加同極性的共模掃頻源和互為反極性的差模掃頻源。而相應端需要相應設置共模電壓測試點(diǎn)Vcm＝（V1＋V2）/2， 和差模電壓測試點(diǎn)Vdm=V1-V2。網(wǎng)絡(luò )上有很多關(guān)于差分信號阻抗計算和原理的文章，可以詳細了解一下。
3，差分信號通常進(jìn)入差分驅動(dòng)電路，放大后得到差分信號。*簡(jiǎn)單的就是差分共射鏡像放大器電路了，這個(gè)在一般的模擬電路教材都有介紹。下圖是某差分放大器件的spice電路圖和輸出信號波形，一般需要他們完全反相，有足夠的電壓差大于差模電壓門(mén)限。當然信號不可避免有共模成分，所以差分放大器一個(gè)很重要的指標就是共模抑制比Kcmr=Adm/Acm 。

10、我為單位的直流磁鋼電機設計了一塊調速電路，電源端以用0.33uf+夏普電視機電感+0.33uf后不理想，后用4只電感串在PCB板電源端，但在30~50MHz之間超了12db，該如何處理？
答：通常來(lái)講，LC或PI型濾波電路比單一的電容濾波或電感濾波效果要好。您所謂的電源端以用0.33uf+夏普電視機電感+0.33uf后不理想不知道是什么意思？是輻射超標嗎？在什么頻段？我猜測直流磁鋼電機供電回路中，反饋噪聲幅度大，頻率較低，需要感值大一點(diǎn)的電感濾波，同時(shí)采用多級電容濾波，效果會(huì )好一些。

11、*近正想搞個(gè)0--150M，增益不小于80 DB的寬帶放大器，!請問(wèn)在EMC方面應該注意什么問(wèn)題呢?
答1：寬帶放大器設計時(shí)特別要注意低噪聲問(wèn)題，比如要電源供給必須足夠穩定等。
答2：
1. 注意輸入和數出的阻抗匹配問(wèn)題，比如共基輸入射隨輸出等
2. 各級的退偶問(wèn)題，包括高頻和低頻紋波等
3. 深度負反饋，以及防止自激振蕩和環(huán)回自激等
4. 帶通濾波氣的設計問(wèn)題
答3：實(shí)在不好回答，看不到實(shí)際的設計，一切建議還是老生常談：注意EMC的三要素，注意傳導和輻射路徑，注意電源分配和地彈噪聲。150MHz是模擬信號帶寬，數字信號的上升沿多快呢？如果轉折頻率也在150MHz以下，個(gè)人認為，傳導耦合，電源平面輻射將是主要考慮的因素，先做好電源的分配，分割和去耦電路吧。80dB，增益夠高的，做好前極小信號及其參考電源和地的隔離保護，盡量降低這個(gè)部分的電源阻抗。
12、求教小功率直流永磁電機設計中EMC的方法和事項。生產(chǎn)了一款90W的直流永磁電機(110~120V，轉速2000/分鐘)EMC一直超標，生產(chǎn)后先把16槽改24槽，有做了軸絕緣，未能達標!現在又要設計生產(chǎn)125W的電機，如何處理？
答：直流永磁電機設計中EMC問(wèn)題，主要由于電機轉動(dòng)中產(chǎn)生反電動(dòng)勢和換相時(shí)引起的打火。具體分析，可以使用RMxpert來(lái)設計優(yōu)化電機參數，Maxwell2D來(lái)仿真EMI實(shí)際輻射。
13、是否可用阻抗邊界（Impedance）方式設定？或者用類(lèi)似的分層阻抗 RLC阻??又或者使用designer設計電路和hfss協(xié)同作業(yè)？
答：集中電阻可以用RLC邊界實(shí)現；如果是薄膜電阻，可以用面阻抗或阻抗編輯實(shí)現。
14、我現在在對外殼有一圈金屬裝飾件的機器做靜電測試，測試中遇到：接觸放電4k時(shí)32k晶振沒(méi)問(wèn)題，空氣放電8k停振的問(wèn)題，如何處理？
答：有金屬的話(huà)，空氣放電和接觸放電效果差不多，建議你在金屬支架上噴絕緣漆試試。
15、我們現在測量PCB電磁輻射很麻煩，采用的是頻譜儀加自制的近場(chǎng)探頭，先不說(shuō)精度的問(wèn)題，光是遇到大電壓的點(diǎn)都很頭疼，生怕頻譜儀受損。不知能否通過(guò)仿真的方法解決。
答：首先，EMI的測試包括近場(chǎng)探頭和遠場(chǎng)的輻射測試，任何仿真工具都不可能替代實(shí)際的測試；其次，Ansoft的PCB單板噪聲和輻射仿真工具SIwave和任意三維結構的高頻結構仿真器HFSS分別可以仿真單板和系統的近場(chǎng)和遠場(chǎng)輻射，以及在有限屏蔽環(huán)境下的EMI輻射。 仿真的有效性，取決于你對自己設計的EMI問(wèn)題的考慮以及相應的軟件設置。例如：?jiǎn)伟迳喜钅＿€是共模輻射，電流源還是電壓源輻射等等。就我們的一些實(shí)踐和經(jīng)驗，絕大多數的EMI問(wèn)題都可以通過(guò)仿真分析解決，而且與實(shí)際測試比較，效果非常好。


16、聽(tīng)說(shuō)Ansoft的EMC工具一般仿真1GHz以上頻率的，我們板上頻率*高的時(shí)鐘線(xiàn)是主芯片到SDRAM的只有133MHz，其余大部分的頻率都是KHz級別的。我們主要用Hyperlynx做的SI/PI設計，操作比較簡(jiǎn)單，但是現在整板的EMC依舊超標，影響畫(huà)面質(zhì)量。另外，你們的工具和Mentor PADS有接口嗎？
答：Ansoft的工具可以仿真從直流到幾十GHz以上頻率的信號，只是相對其它工具而言，1GHz以上的有損傳輸線(xiàn)模型更加**。據我所知，HyperLynx主要是做SI和crosstalk的仿真，以及一點(diǎn)單根信號線(xiàn)的EMI輻射分析，目前還沒(méi)有PI分析的功能。影響單板的EMC的原因很多，解決信號完整性和串擾只是解決EMC的其中一方面，電源平面的噪聲，去耦策略，屏蔽方式，電流分布路徑等都會(huì )影響到EMC指標。這些都可以再ansoft的SIwave工具中，通過(guò)仿真進(jìn)行考察。補充說(shuō)明，ansoft的工具與Mentor PADS有接口。