EMI 問(wèn)題不斷增加，但我們可以盡可能避免它們

EMI 就像夜深人靜的幽靈一樣，不正常。但是，盡管與 EMI 相關(guān)的問(wèn)題正在增加，但仍有一些方法可以在您的設(shè)計(jì)中避免它們。

似乎設(shè)計(jì)工程還不夠具有挑戰(zhàn)性，在時(shí)鐘/邊沿速率不斷提高和組件幾何尺寸不斷縮小的推動(dòng)下，與 EMI 相關(guān)的設(shè)計(jì)問(wèn)題不斷增加。

EMI 顧問(wèn) Daryl Gerke 是一種在電磁頻譜領(lǐng)域開(kāi)店的幽靈克星，他說(shuō)，對(duì)于許多設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)，EMI 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了他們的舒適區(qū)，這一事實(shí)使問(wèn)題更加復(fù)雜?！拔覀儚氖?EMI 業(yè)務(wù)的人癡迷于頻域而不是時(shí)域，我們絕對(duì)喜歡分貝。

“如果高速公路的速度在過(guò)去十年中從 60 英里/小時(shí)增加到 600 英里/小時(shí)，您可以想象會(huì)發(fā)生什么大事件，”專(zhuān)門(mén)研究電磁兼容性的電氣工程咨詢(xún)公司Kimmel Gerke Associates, Ltd.的聯(lián)合創(chuàng)始人 Gerke 說(shuō). “接下來(lái)，讓十倍的汽車(chē)以十倍的速度行駛。最后，讓我們將每輛汽車(chē)的尺寸縮小十分之一。好吧，這一切肯定都發(fā)生在電子產(chǎn)品上。EMI 設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是領(lǐng)先于快速變化及其可能導(dǎo)致的問(wèn)題?！?

Gerke 說(shuō)，EMI 讓工程師如此煩惱的一個(gè)主要原因是它不正常。他解釋說(shuō)，輻射問(wèn)題可能是由遠(yuǎn)低于正常電路電平的微伏和微安引起的，而這些東西你甚至可能在示波器上都看不到。

另一方面，他說(shuō)，ESD 問(wèn)題可能從源頭上的數(shù)千伏開(kāi)始，遠(yuǎn)高于正常電路水平，也很難測(cè)量。

另一個(gè)問(wèn)題是 EMI 往往是關(guān)于規(guī)則的例外情況——它是關(guān)于當(dāng)你認(rèn)為它們應(yīng)該起作用時(shí)卻不起作用的事情。并期望他們這樣做。例如，電纜，甚至是線(xiàn)跡何時(shí)會(huì)變成天線(xiàn)?

“這當(dāng)然沒(méi)有在任何示意圖上注明。不幸的是，在學(xué)校里，我們被教導(dǎo)事物是如何運(yùn)作的，而不是它們不起作用的許多方式。幸運(yùn)的是，經(jīng)驗(yàn)會(huì)有所幫助——我想這是變老的少數(shù)好處之一，”Gerke 沉思道，他的 EMI 經(jīng)驗(yàn)可以追溯到 1960 年，當(dāng)時(shí)他還是一名青少年業(yè)余無(wú)線(xiàn)電操作員。

他的第一個(gè)“EMI 事件”涉及清除家庭電視機(jī)。這并不奇怪，因?yàn)樗幕鹜忍炀€(xiàn)距離電視天線(xiàn)不到四英尺。他懷疑他最終進(jìn)入 EMI 業(yè)務(wù)是為了對(duì)他早期的冒險(xiǎn)行為進(jìn)行某種懺悔。那么，EMI 工程師應(yīng)該注意哪些主要威脅以及如何防范呢?在他的公司為工程師舉辦的培訓(xùn)課程中，Gerke 和他的合伙人 William Kimmel 討論了前五名：

1. 發(fā)射 (傳導(dǎo)和輻射)。主要受害者是射頻頻譜(無(wú)線(xiàn)電、電視、導(dǎo)航系統(tǒng)等)的許可用戶(hù)。主要來(lái)源是重復(fù)信號(hào)，例如時(shí)鐘。次要電源包括開(kāi)關(guān)模式電源。由于數(shù)字信號(hào)不是正弦波，它們會(huì)產(chǎn)生諧波，從而直接干擾預(yù)期的射頻通信。

2. RFI(射頻干擾)。主要受害者是模擬電路和電源電路。主要來(lái)源是便攜式射頻發(fā)射器(手持收音機(jī)、手機(jī)、無(wú)線(xiàn)設(shè)備)。主要故障機(jī)制因整改而被打亂。失敗主要是不安;損壞是罕見(jiàn)的。

3. ESD (靜電放電)。主要受害者是數(shù)字復(fù)位、控制和 I/O 電路。主要來(lái)源是人為產(chǎn)生的 ESD，其次是機(jī)器產(chǎn)生的 ESD(皮帶、印刷機(jī)等)。故障包括損壞 (I/O) 和故障(數(shù)字電路)。

4. 電源干擾。主要受害者是電源，其次是數(shù)字復(fù)位和控制電路。主要的 EMI 源是閃電和電源瞬變(低頻/高能量)，其次是電弧和火花(高頻/低能量)，例如電氣快速瞬變或 EFT。故障包括損壞(電源接口)和故障(數(shù)字電路)。

5. 自我兼容。這些通常是由于混合技術(shù)導(dǎo)致的內(nèi)部問(wèn)題。例如，數(shù)字電路經(jīng)常因電源電路(電源、電機(jī)、接觸器等)的瞬變而受到干擾。低電平模擬電路經(jīng)常受到數(shù)字電路的影響。一個(gè)迅速增加的問(wèn)題是車(chē)載無(wú)線(xiàn)電接收器(無(wú)線(xiàn)、手機(jī)和 GPS)被數(shù)字電路干擾。

Gerke 強(qiáng)調(diào)，為避免設(shè)計(jì)出現(xiàn)問(wèn)題，工程師需要注意細(xì)節(jié)?！拔覀兿矚g說(shuō) 95% 的問(wèn)題是由 5% 的電路引起的?！? 他勸告工程師首先要識(shí)別關(guān)鍵電路——時(shí)鐘、復(fù)位、電源調(diào)節(jié)器和 I/O——并確保它們被充分過(guò)濾和去耦?！氨３诸I(lǐng)先優(yōu)勢(shì)!” 他警告說(shuō)。“接下來(lái)，檢查那些關(guān)鍵電路的布局和布線(xiàn)?！?

在電路板級(jí)別，他主張?jiān)陔娐钒宀季€(xiàn)后立即進(jìn)行快速 EMI 審查。在盒子級(jí)別，他建議對(duì)封裝、接地和接口進(jìn)行 EMI 審查。最后，他建議工程師在設(shè)計(jì)階段考慮“預(yù)一致性”測(cè)試。雖然這看起來(lái)像是繁重的苦差事，但他說(shuō)設(shè)計(jì)工程師不應(yīng)該等到最后才進(jìn)行 EMI 測(cè)試。