工程師EMC應(yīng)用設(shè)計(jì)秘籍（一）

電子發(fā)燒友網(wǎng)按：工程師在進(jìn)行電子設(shè)計(jì)方案過程中越來越不能忽視EMC/EMI規(guī)范化設(shè)計(jì)了，它需要工程師在設(shè)計(jì)之初就進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)！在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段，主要針對(duì)產(chǎn)品需要滿足EMC法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)產(chǎn)品采用什么屏蔽設(shè)計(jì)方案、選擇什么屏蔽材料，以及材料的厚度提出設(shè)計(jì)方案，另外對(duì)屏蔽體之間的搭接設(shè)計(jì)，縫隙設(shè)計(jì)考慮，同時(shí)重點(diǎn)考慮接口連接器與結(jié)構(gòu)件的配合。 為幫助工程師在設(shè)計(jì)過程中排憂解難，電子發(fā)燒友網(wǎng)特整合優(yōu)質(zhì)資源推出《工程師EMC應(yīng)用設(shè)計(jì)秘籍》技術(shù)系列文章，其余章節(jié)將會(huì)陸續(xù)發(fā)布，敬請(qǐng)廣大工程師關(guān)注和留意！一、EMC三個(gè)重要規(guī)律

　　規(guī)律一、EMC費(fèi)效比關(guān)系規(guī)律： EMC問題越早考慮、越早解決，費(fèi)用越小、效果越好。

　　在新產(chǎn)品研發(fā)階段就進(jìn)行EMC設(shè)計(jì)，比等到產(chǎn)品EMC測(cè)試不合格才進(jìn)行改進(jìn)，費(fèi)用可以大大節(jié)省，效率可以大大提高;反之，效率就會(huì)大大降低，費(fèi)用就會(huì)大大增加。

　　經(jīng)驗(yàn)告訴我們，在功能設(shè)計(jì)的同時(shí)進(jìn)行EMC設(shè)計(jì)，到樣板、樣機(jī)完成則通過EMC測(cè)試，是最省時(shí)間和最有經(jīng)濟(jì)效益的。相反，產(chǎn)品研發(fā)階段不考慮EMC，投產(chǎn)以后發(fā)現(xiàn)EMC不合格才進(jìn)行改進(jìn)，非但技術(shù)上帶來很大難度、而且返工必然帶來費(fèi)用和時(shí)間的大大浪費(fèi)，甚至由于涉及到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)的缺陷，無法實(shí)施改進(jìn)措施，導(dǎo)致產(chǎn)品不能上市。

　　規(guī)律二、高頻電流環(huán)路面積S越大, EMI輻射越嚴(yán)重。

　　高頻信號(hào)電流流經(jīng)電感最小路徑。當(dāng)頻率較高時(shí)， 一般走線電抗大于電阻，連線對(duì)高頻信號(hào)就是電感，串聯(lián)電感引起輻射。電磁輻射大多是EUT被測(cè)設(shè)備上的高頻電流環(huán)路產(chǎn)生的，最惡劣的情況就是開路之天線形式。對(duì)應(yīng)處理方法就是減少、減短連線，減小高頻電流回路面積，盡量消除任何非正常工作需要的天線，如不連續(xù)的布線或有天線效應(yīng)之元器件過長(zhǎng)的插腳。

　　減少輻射騷擾或提高射頻輻射抗干擾能力的最重要任務(wù)之一，就是想方設(shè)法減小高頻電流環(huán)路面積S。

　　規(guī)律三、環(huán)路電流頻率f越高，引起的EMI輻射越嚴(yán)重，電磁輻射場(chǎng)強(qiáng)隨電流頻率f的平方成正比增大。減少輻射騷擾或提高射頻輻射抗干擾能力的最重要途徑之二，就是想方設(shè)法減小騷擾源高頻電流頻率f，即減小騷擾電磁波的頻率f。

二、電磁兼容(EMC)元器件的正確選型和應(yīng)用技巧

　　我們通過一些圖片，直觀的系統(tǒng)的回顧電磁兼容的含義、電磁干擾的三要素以及抑制電磁干擾的原理。再根據(jù)EMC設(shè)計(jì)原理和元器件不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主要講解不同元器件在EMC設(shè)計(jì)中的選擇及應(yīng)用技巧，對(duì)EMC設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)作用。

　　電磁兼容的定義

　　電磁干擾的三要素

　　抑制電磁干擾的原理

　　EMC主要解決方法 預(yù)防比屏蔽更加有效

　　電磁兼容性元器件是解決電磁干擾發(fā)射和電磁敏感度問題的關(guān)鍵，正確選擇和使用這些元器件是做好電磁兼容性設(shè)計(jì)的前提。因此，我們必須深入掌握這些元器件，這樣才有可能設(shè)計(jì)出符合標(biāo)準(zhǔn)要求、性能價(jià)格比最優(yōu)的電子、電氣產(chǎn)品。而每一種電子元件都有它各自的特性，因此，要求在設(shè)計(jì)時(shí)仔細(xì)考慮。接下來我們將討論一些常見的用來減少或抑制電磁兼容性的電子元件和電路設(shè)計(jì)技術(shù)。

　　元件組

　　有兩種基本的電子元件組：有引腳的和無引腳的元件。有引腳線元件有寄生效果，尤其在高頻時(shí)。該引腳形成了一個(gè)小電感，大約是1nH/mm/引腳。引腳的末端也能產(chǎn)生一個(gè)小電容性的效應(yīng)，大約有4pF。因此，引腳的長(zhǎng)度應(yīng)盡可能的短。與有引腳的元件相比，無引腳且表面貼裝的元件的寄生效果要小一些。其典型值為：0.5nH的寄生電感和約0.3pF的終端電容。

　　從電磁兼容性的觀點(diǎn)看，表面貼裝元件效果最好，其次是放射狀引腳元件，最后是軸向平行引腳的元件。

　　一、EMC元件之電容

　　在EMC設(shè)計(jì)中，電容是應(yīng)用最廣泛的元件之一，主要用于構(gòu)成各種低通濾波器或用作去耦電容和旁路電容。大量實(shí)踐表明：在EMC設(shè)計(jì)中，恰當(dāng)選擇與使用電容，不僅可解決許多EMI問題，而且能充分體現(xiàn)效果良好、價(jià)格低廉、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。若電容的選擇或使用不當(dāng)，則可能根本達(dá)不到預(yù)期的目的，甚至?xí)觿?EMI程度。

　　從理論上講，電容的容量越大，容抗就越小，濾波效果就越好。一些人也有這種習(xí)慣認(rèn)識(shí)。但是，容量大的電容一般寄生電感也大，自諧振頻率低(如典型的陶瓷電 容，0.1μF的f0=5 MHz，0.01μF的f0=15 MHz，0.001μF的f0=50 MHz)，對(duì)高頻噪聲的去耦效果差，甚至根本起不到去耦作用。分立元件的濾波器在頻率超過10 MHz時(shí)，將開始失去性能。元件的物理尺寸越大，轉(zhuǎn)折點(diǎn)頻率越低。這些問題可以通過選擇特殊結(jié)構(gòu)的電容來解決。

　　貼片電容的寄生電感幾乎為零，總的電感也可以減小到元件本身的電感，通常只是傳統(tǒng)電容寄生電感的1/3~1/5，自諧振頻率可達(dá)同樣容量的帶引線電容的2倍(也有資料說可達(dá)10倍)，是射頻應(yīng)用的理想選擇。

　　傳統(tǒng)上，射頻應(yīng)用一般選擇瓷片電容。但在實(shí)踐中，超小型聚脂或聚苯乙烯薄膜電容也是適用的，因?yàn)樗鼈兊某叽缗c瓷片電容相當(dāng)。

　　三端電容能將小瓷片電容頻率范圍從50 MHz以下拓展到200 MHz以上，這對(duì)抑制VHF頻段的噪聲是很有用的。要在VHF或更高的頻段獲得更好的濾波效果，特別是保護(hù)屏蔽體不被穿透，必須使用饋通電容。
　　二、EMC元件之電感

　　電感是一種可以將磁場(chǎng)和電場(chǎng)聯(lián)系起來的元件，其固有的、可以與磁場(chǎng)互相作用的能力使其潛在地比其他元件更為敏感。和電容類似，聰明地使用電感也能解決許多 EMC問題。下面是兩種基本類型的電感：開環(huán)和閉環(huán)。它們的不同在于內(nèi)部的磁場(chǎng)環(huán)。在開環(huán)設(shè)計(jì)中，磁場(chǎng)通過空氣閉合;而閉環(huán)設(shè)計(jì)中，磁場(chǎng)通過磁芯完成磁路，如下圖所示。

　　電感中的磁場(chǎng)

　　電感比起電容一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它沒有寄生感抗，因此其表面貼裝類型和引線類型沒有什么差別。

　　開環(huán)電感的磁場(chǎng)穿過空氣，這將引起輻射并帶來電磁干擾(EMI)問題。在選擇開環(huán)電感時(shí)，繞軸式比棒式或螺線管式更好，因?yàn)檫@樣磁場(chǎng)將被控制在磁芯(即磁體內(nèi)的局部磁場(chǎng))。

　　開環(huán)電感

　　對(duì)閉環(huán)電感來說，磁場(chǎng)被完全控制在磁心，因此在電路設(shè)計(jì)中這種類型的電感更理想，當(dāng)然它們也比較昂貴。螺旋環(huán)狀的閉環(huán)電感的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是：它不僅將磁環(huán)控制在磁心，還可以自行消除所有外來的附帶場(chǎng)輻射。

　　電感的磁芯材料主要有兩種類型：鐵和鐵氧體。鐵磁芯電感用于低頻場(chǎng)合(幾十KHz)，而鐵氧體磁芯電感用于高頻場(chǎng)合(到MHz)。因此鐵氧體磁芯電感更適合于EMC應(yīng)用。

　　在EMC應(yīng)用中特別使用了兩種特殊的電感類型：鐵氧體磁珠和鐵氧體磁夾。鐵和鐵氧體可作電感磁芯骨架。鐵芯電感常應(yīng)用于低頻場(chǎng)合(幾十KHz)，而鐵氧體芯電感常應(yīng)用于高頻場(chǎng)合(MHz)。所以鐵氧芯感應(yīng)體更適合于EMC應(yīng)用。

　　三、濾波器結(jié)構(gòu)的選擇

　　EMC設(shè)計(jì)中的濾波器通常指由L，C構(gòu)成的低通濾波器。不同結(jié)構(gòu)的濾波器的主要區(qū)別之一，是其中的電容與電感的聯(lián)接方式不同。濾波器的有效性不僅與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且還與聯(lián)結(jié)的網(wǎng)絡(luò)的阻抗有關(guān)。如單個(gè)電容的濾波器在高阻抗電路中效果很好，而在低阻抗電路中效果很差。

　　濾波器分類(基于功能)

　　濾波器分類(基于結(jié)構(gòu))

　　濾波器選型

　　四、EMC元件之磁珠

　　磁珠由氧磁體組成，電感由磁心和線圈組成，磁珠把交流信號(hào)轉(zhuǎn)化為熱能，電感把交流存儲(chǔ)起來，緩慢的釋放出去。

　　磁珠工作原理

　　磁珠選型

　　磁珠的電路符號(hào)就是電感但是型號(hào)上可以看出使用的是磁珠在電路功能上，磁珠和電感是原理相同的，只是頻率特性不同罷了。

　　電感是儲(chǔ)能元件，而磁珠是能量轉(zhuǎn)換(消耗)器件。電感多用于電源濾波回路，側(cè)重于抑止傳導(dǎo)性干擾;磁珠多用于信號(hào)回路，主要用于EMI方面。磁珠用來吸收超高頻信號(hào)，象一些RF電路，PLL，振蕩電路，含超高頻存儲(chǔ)器電路(DDR，SDRAM，RAMBUS等)都需要在電源輸入部分加磁珠，而電感是一種儲(chǔ)能元件，用在LC振蕩電路、中低頻的濾波電路等，其應(yīng)用頻率范圍很少超過50MHz。
　五、EMC元件之二極管

　　二極管是最簡(jiǎn)單的半導(dǎo)體器件。由于其獨(dú)特的特性，某些二極管有助于解決并防止與EMC相關(guān)的一些問題。

　　六、模擬與邏輯有源器件的選用

　　電磁干擾發(fā)射和電磁敏感度的關(guān)鍵是模擬與邏輯有源器件的選用。必須注意有源器件固有的敏感特性和電磁發(fā)射特性。

　　有源器件可分為調(diào)諧器件和基本頻帶器件。調(diào)諧器件起帶通元件作用，其頻率特性包括：中心頻率、帶寬、選擇性和帶外亂真響應(yīng);基本領(lǐng)帶器件起低通元件作用，其頻率特性包括：截止頻率、通帶特性、帶外抑制特性和亂真響應(yīng)。此外還有輸入阻抗特性和輸入端的平衡不平衡特性等。

　　模擬器件的敏感度特性取決于靈敏度和帶寬，而靈敏度以器件的固有噪聲為基礎(chǔ)。

　　邏輯器件的敏感度特性取決于直流噪聲容限和噪聲抗擾度。

　　有源器件有兩種電磁發(fā)射源：傳導(dǎo)干擾通過電源線、接地線和互連線進(jìn)行傳輸，并隨頻率增加而增加;輻射干擾通過器件本身或通過互連線進(jìn)行輻射，并隨頻率的平方而增加。瞬態(tài)地電流是傳導(dǎo)干擾和輻射干擾的初始源，減少瞬態(tài)地電流必須減小接地阻抗和使用去耦電容。

　　邏輯器件的翻轉(zhuǎn)時(shí)間越短，所占頻譜越寬。為此，應(yīng)當(dāng)在保證實(shí)現(xiàn)功能的前提下，盡可能增加信號(hào)的上升/下降時(shí)間。

　　數(shù)字電路是一種最常見的寬帶干擾源，其電磁發(fā)射可分為差模和共模兩種形式。

　　為了減少發(fā)射，應(yīng)盡可能降低頻率和信號(hào)電平;為了控制差模輻射，必須將印制電路板上的信號(hào)線、電源線和它們的回線緊靠在一起，減小回路面積;為了控制共模輻射，可以使用柵網(wǎng)地線或接地平面，也可使用共模扼流圈。同時(shí)，選擇“干凈地”作為接地點(diǎn)也是十分重要的。

　　表面安裝技術(shù)(SMT)是70年代末發(fā)展起來的新型電子裝聯(lián)技術(shù)，內(nèi)容包括表面安裝器件(SMD)、表面安裝元件(SMC)、表面安裝印制電路板(SMB)以及表面安裝設(shè)備、在線測(cè)試等。

　　電子整機(jī)應(yīng)用SMT最多的是計(jì)算機(jī)，其次是通訊、軍用、消費(fèi)類電子產(chǎn)品。

　　90年代SMT發(fā)展了一種新型電路基板，可用來制作多芯片組件MCM。目前片式集成電路的輸入/輸出端口已增加到上百個(gè)，引腳的中心間距已減小到0.3毫米。目前表面安裝技術(shù)正在和微組裝技術(shù)互相交錯(cuò)和滲透。由于SMD/SMC的超小型化，使基板焊區(qū)尺寸減小到I平方英寸以內(nèi)，無論電磁發(fā)射還是電磁敏感度問題，都可以得到很好的解決。

　　七、電磁屏蔽材料的選用

　　具有較高導(dǎo)電、導(dǎo)磁特性的材料可以用作屏蔽材料。常用的有鋼板、鋁板、鋁箔、銅板、銅箔等。也可以在塑料機(jī)箱上噴涂鎳漆或銅漆的方法實(shí)現(xiàn)屏蔽。

　　屏蔽機(jī)箱的屏蔽效能除了與所選屏蔽材料的導(dǎo)電率、導(dǎo)磁率和厚度有關(guān)外，在很大程度上還依賴于機(jī)箱的結(jié)構(gòu)，即其導(dǎo)電連續(xù)性。任何實(shí)用的屏蔽機(jī)箱上都有縫隙，這些縫隙是由于屏蔽板之間臨時(shí)性搭接所造成的。由于縫隙的導(dǎo)電不連續(xù)性，在縫隙處會(huì)產(chǎn)生電磁泄漏。因此，對(duì)于永久性搭接，可以使用焊接的方法消除縫隙。如果使用鉚接或螺釘連接，間距必須足夠小。對(duì)于非永久性搭接，采用電磁密封襯墊等屏蔽材料則是十分有效的手段。

　　1.電磁密封襯墊

　　電磁密封襯墊是一中彈性好、導(dǎo)電性高的材料。將這種材料填充在縫隙處，能保持導(dǎo)電連續(xù)性，是解決縫隙電磁泄漏的好方法。在選用電磁密封襯墊時(shí)，需要熟悉以下特性參數(shù)：

　　轉(zhuǎn)移阻抗設(shè)襯墊和兩側(cè)屏蔽板的接合面上流過電流I，而兩側(cè)屏蔽板之間的電壓為V，則轉(zhuǎn)移阻抗定義為Zr=V/I。轉(zhuǎn)移阻抗越低，則兩側(cè)屏蔽板之間的電磁泄漏越小，加襯墊后該縫隙的屏蔽效能越高。

　　硬度襯墊的硬度應(yīng)當(dāng)適中，硬度太低，易造成接觸不良，屏蔽效能較低;硬度太高，需要較大的壓力，給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成困難。

　　壓縮永久形變襯墊只有在外力作用下發(fā)生一定的形變時(shí)，才有屏蔽作用。當(dāng)外力去掉后，襯墊不會(huì)完全恢復(fù)到原來的形狀，即發(fā)生了永久形變。當(dāng)然，襯墊的壓縮永久形變?cè)叫≡胶谩?/p>

　　襯墊厚度襯墊的厚度應(yīng)能滿足接觸面不平整度的要求，利用其彈性，將縫隙填充滿，達(dá)到導(dǎo)電連續(xù)性的目的。

　　常用的電磁密封襯墊有以下幾種類型：

　　金屬絲網(wǎng)襯墊用金屬絲編織成的彈性網(wǎng)套，為純金屬接觸，接觸電阻低;但金屬絲在高頻時(shí)會(huì)呈現(xiàn)較大感抗，使屏蔽效能降低。所以只適用于l吉赫以下的頻率范圍。

　　橡膠芯編織網(wǎng)套將金屬絲編織的網(wǎng)套套在發(fā)泡橡膠芯或硅橡膠芯上，具有很好的彈性和導(dǎo)電性。

　　導(dǎo)電橡膠襯墊在硅橡膠內(nèi)填充金屬顆?；蚪饘俳z，構(gòu)成導(dǎo)電的彈性物質(zhì)。由于導(dǎo)電橡膠中的導(dǎo)電顆粒之間的容抗在高頻時(shí)會(huì)降低，因此，填充金屬顆粒在高頻時(shí)屏蔽效能較高。如果填充方向一致的金屬絲，還可以做到純金屬接觸，但由于金屬絲在高頻時(shí)呈現(xiàn)較大感抗，使屏蔽效能降低，所以填充金屬絲時(shí)只適用于低頻。

　　鈹銅指形簧片利用被銅良好的導(dǎo)電性和彈性，可制成各種指形簧片。由于純金屬接觸，直流電阻低，感抗又小，所以低頻和高頻時(shí)都具有較高的屏蔽效能。

　　螺旋管襯墊用鍍錫被銅或不銹鋼做成的螺旋管，具有良好的彈性和導(dǎo)電性，是目前屏蔽效能最高的襯墊。

　　2.導(dǎo)電化合物

　　導(dǎo)電化合物包括各種導(dǎo)電膠和各種導(dǎo)電填充物等。環(huán)氧導(dǎo)電膠可用于金屬之間，金屬與非金屬之間，各種硬性表面之間的導(dǎo)電粘接?？纱婧稿a，完成微波器件引線連接;可修復(fù)印制板線路，可用于導(dǎo)電陶瓷粘接，天線元件粘接，玻璃除霜粘接，導(dǎo)電/導(dǎo)熱粘接，微波波導(dǎo)部件粘接等。硅脂導(dǎo)電膠用于將彈性的導(dǎo)電橡膠粘接固定在金屬表面上，可應(yīng)用于航天、航空、軍用等電子設(shè)備中。導(dǎo)電填充物是一種高導(dǎo)電漿糊狀材料，用于無法加裝屏蔽襯墊的縫隙處，固化后仍保持彈性。

　　3.截止波導(dǎo)通風(fēng)板

　　屏蔽機(jī)箱的通風(fēng)口及其它開口都是主要的電磁輻射源。采用開小孔或加金屬絲網(wǎng)的方法都難以達(dá)到滿意的屏蔽效能。理論證明，當(dāng)金屬管截面尺寸滿足一定條件時(shí)，可以傳輸一定頻率范圍的電磁波，稱為波導(dǎo)管。而波導(dǎo)管存在一個(gè)截止頻率，當(dāng)頻率低于截止頻率時(shí)，電磁波被截止而不能傳輸。根據(jù)這個(gè)原理可以設(shè)計(jì)成截止波導(dǎo)管。截止波導(dǎo)通風(fēng)板由許多截止波導(dǎo)管依次排列組成，為了提高通風(fēng)效率，每個(gè)截止波導(dǎo)管的截面都設(shè)計(jì)為六角形，故又稱蜂窩狀通風(fēng)板。當(dāng)屏蔽效能要求很高時(shí)，可用兩塊截止波導(dǎo)通風(fēng)板構(gòu)成雙層通風(fēng)板。而通風(fēng)板材料的導(dǎo)電率是屏蔽效能的重要因素，采用高導(dǎo)電率材料或鍍層的通風(fēng)板可以得到高屏蔽效能。

　　4.導(dǎo)電玻璃和導(dǎo)電膜片

　　顯示屏或顯示窗口既要滿足視覺要求，又要滿足防電磁輻射的要求，為此，可選用導(dǎo)電玻璃實(shí)現(xiàn)屏蔽。導(dǎo)電玻璃可用兩塊光學(xué)玻璃中間夾金屬絲網(wǎng)構(gòu)成，金屬絲網(wǎng)的密度越大，屏蔽效能就越高，但透光性變得越差。導(dǎo)電玻璃也可由光學(xué)玻璃或有機(jī)玻璃表面鍍的金屬薄膜構(gòu)成。此外，還可以在透明聚脂膜片上鍍以金屬薄膜，制成柔性透明導(dǎo)電膜片。這種膜片的透光性可達(dá)70%(80%，而且膜片很薄，僅0.13mm，可以直接貼覆在常規(guī)玻璃或有機(jī)玻璃表面，特別適用于要求高透明度和中等屏蔽效能的儀表表盤、液晶顯示器、面板指示燈孔、彩色顯示器等部位。

　　八、電磁干擾濾波器的選用

　　實(shí)踐表明，即使對(duì)一個(gè)經(jīng)過很好設(shè)計(jì)并且具有正確的屏蔽和接地措施的產(chǎn)品，也仍然會(huì)有傳導(dǎo)干擾發(fā)射或傳導(dǎo)干擾進(jìn)入產(chǎn)品。濾波是壓縮干擾頻譜的一種有效方法，當(dāng)干擾頻譜不同于有用信號(hào)的頻帶時(shí)，可以用電磁干擾濾波器將無用的干擾濾除。因此，恰當(dāng)?shù)剡x擇和正確地使用濾波器對(duì)抑制傳導(dǎo)干擾是十分重要的。從頻率選擇的角度出發(fā)，電磁干擾濾波器屬于低通濾波器，分為信號(hào)線濾波器和電源線濾波器等。

　　1.信號(hào)線濾波器

　　信號(hào)線濾波器是用在各種信號(hào)線上的低通濾波器，用來濾除高頻干擾成分?？煞譃榫€路板濾波器、饋通濾波器和連接器濾波器等三種。線路板濾波器適合于安裝在線路板上，具有成本低、安裝方便等優(yōu)點(diǎn);饋通濾波器適合于安裝在屏蔽殼體上，特別適用于單根導(dǎo)線或電纜穿過屏蔽體時(shí)使用;濾波器連接器適用于多根導(dǎo)線或電纜穿過屏蔽體時(shí)使用。濾波器連接器在外形上和尺寸上都和普通連接器相同，兩者完全可以互換。但濾波器連接器的每個(gè)針或孔上都有一個(gè)低通濾波器，它的電路可以是單個(gè)電容的，也可以是L型或π型的。

　　選用信號(hào)線濾波器時(shí)，應(yīng)根據(jù)使用的場(chǎng)合，選擇濾波器的類型，根據(jù)濾波要求選擇濾波器的電路和性能指標(biāo)，為了保證信號(hào)頻率順利通過濾波器，濾波器的截止頻率應(yīng)高于信號(hào)頻率的上限。此外，還應(yīng)正確選擇濾波器的工作電壓、電流、溫度范圍等。在使用信號(hào)線濾波器時(shí)，最重要的是保證濾波器有良好的接地，接地線應(yīng)盡量短。濾波器外殼應(yīng)與屏蔽體有良好的電接觸，可以使用焊接方式或采用射頻電磁密封襯墊。

　　新研制的濾波器陣列板是將濾波器制成微形器件，并排列成陣列，能快速安裝到電子產(chǎn)品的底板或隔斷上，以實(shí)現(xiàn)密封或隔離。

　　2.鐵氧體電磁干擾抑制元件

　　鐵氧體是一種立方晶格結(jié)構(gòu)的亞鐵磁性材料。它的制造工藝和機(jī)械性能與陶瓷相似，顏色為灰黑色。對(duì)于抑制電磁干擾用的鐵氧體，最重要的性能參數(shù)為磁導(dǎo)率μ和飽和磁通密度Bs。磁導(dǎo)率μ可以表示為復(fù)數(shù)，實(shí)數(shù)部分構(gòu)成電感，虛數(shù)部分代表?yè)p耗，隨著頻率的增加而增加。因此，它的等效電路為由電感L和電阻R組成的串聯(lián)電路，L和R都是頻率的函數(shù)。例如磁導(dǎo)率為850的鐵氧體，在10MHz時(shí)阻抗小于10Ω，而超過l00MHz后阻抗大于100Ω，使高頻干擾大大衰減。這樣，就構(gòu)成了一個(gè)低通濾波器。低頻時(shí)R很小，L起主要作用，電磁干擾被反射而受到抑制;高頻時(shí)R增大，電磁干擾被吸收并轉(zhuǎn)換成熱能。

　　鐵氧體抑制元件廣泛應(yīng)用于印制電路板、電源線和數(shù)據(jù)線上。例如在印制板的電源線入口端加上鐵氧體抑制元件，就可以濾除高頻干擾。鐵氧體磁環(huán)或磁珠專用于抑制信號(hào)線、電源線上的高頻干擾和尖峰干擾，它也具有吸收靜電放電脈沖干擾的能力。

　　不同的鐵氧體抑制元件，有不同的最佳抑制頻率范圍。通常磁導(dǎo)率越高，抑制的頻率就越低。此外，鐵氧體的體積越大，抑制效果越好。在體積一定時(shí)，長(zhǎng)而細(xì)的形狀比短而粗的抑制效果好，內(nèi)徑越小抑制效果也越好。但在有直流或交流偏流的情況下，還存在鐵氧體飽和的問題，抑制元件橫截面越大，越不易飽和，可承受的偏流越大。

　　鐵氧體抑制元件應(yīng)當(dāng)安裝在靠近干擾源的地方。對(duì)于輸入/輸出電路，則應(yīng)盡量靠近屏蔽殼的進(jìn)、出口處。

　　安裝時(shí)還應(yīng)當(dāng)注意，鐵氧體元件易破碎，應(yīng)采取可靠的固定措施。

　　3. 電源線濾波器

　　電源線是電磁干擾傳入設(shè)備和傳出設(shè)備的主要途徑。為防止這兩種情況的發(fā)生，必須在設(shè)備的電源接口安裝電源線濾波器。它只允許電源頻率通過，而高于電源頻率的電磁干擾卻受到很大的衰減。

　　電源線上的干擾以兩種形式出現(xiàn)，在火線、零線回路中的干擾為差模干擾，在火線、零線與地線回路中的干擾為共模干擾。雖然電源線濾波器對(duì)差模干擾和共模干擾都有抑制作用，但效果不一樣，應(yīng)分別給出兩者的插入損耗。除了特別說明允許不接地的濾波器外，所有電源濾波器都必須接地，因?yàn)闉V波器中的共模旁路電容只有接地時(shí)才起作用。

　　使用電源濾波器時(shí)，應(yīng)盡量靠近電源入口處安裝，并使濾波器的輸入/輸出端之間屏蔽隔離，避免電磁干擾從輸入端直接耦合到濾波器的輸出端。此外，濾波器的接地點(diǎn)還應(yīng)盡量靠近設(shè)備的接地點(diǎn)。電源線濾波器的技術(shù)指標(biāo)包括：最大泄漏電流、耐壓、額定工作頻率、額定工作電壓、額定工作電流和溫度范圍等。

　　九、結(jié)束語

　　電磁兼容性元器件是解決電磁干擾發(fā)射和電磁敏感度問題的關(guān)鍵，正確選擇和使用這些元器件是做好電磁兼容性設(shè)計(jì)的前提。因此，我們必須深入掌握這些元器件，這樣才有可能設(shè)計(jì)出符合標(biāo)準(zhǔn)要求、性能價(jià)格比最優(yōu)的電子、電氣產(chǎn)品。
 

三、PCB設(shè)計(jì)中的EMC概念

　　在pcb layout中EMC占有相當(dāng)?shù)牡匚?，一個(gè)好的pcb設(shè)計(jì)工程師應(yīng)該掌握足夠的EMC的知識(shí)。產(chǎn)品必須要經(jīng)過3C, FCC, CE認(rèn)證這也是早被人們所孰知。電磁兼容EMC(Electromagnetic compatibility), 對(duì)于設(shè)備或系統(tǒng)的性能指標(biāo)來說， 直譯為“電磁兼容性”，但作為一門學(xué)科來說， 應(yīng)該譯為“電磁兼容”。

　　國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4365-1995《電磁兼容術(shù)語》對(duì)電磁兼容所下的定義為“設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。”

　　該標(biāo)準(zhǔn)等同采用IEC60050(161)。

　　電磁兼容是研究在有限的空間、有限的時(shí)間、有限的頻譜資源條件下，各種用電設(shè)備(分系統(tǒng)、系統(tǒng);廣義的還包括生物體)可以共存并不致引起降級(jí)的一門科學(xué)。

　　EMC: Electromagnetic Compatibility

　　電磁兼容

　　EMI: Electromagnetic Emission

　　電磁發(fā)射

　　EMS: Electromagnetic Susceptibility

　　電磁敏感度

　　CE: Conducted Emission

　　傳導(dǎo)發(fā)射

　　RE: Radiated Emission

　　輻射發(fā)射

　　CS: Conducted Susceptibility

　　傳導(dǎo)敏感度

　　RS: Radiated Susceptibility

　　輻射敏感度

四、EMC電磁兼容體系基礎(chǔ)類標(biāo)準(zhǔn)

　　我國(guó)的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際上類似, 可以分為四類:

　　基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)

　　涉及EMC術(shù)語, 電磁環(huán)境, EMC測(cè)量設(shè)備規(guī)范和EMC測(cè)量方法。

　　通用標(biāo)準(zhǔn)

　　其中GB8702主要涉及在強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下對(duì)人體的保護(hù)要求, GB/T14431主要涉及無線電業(yè)務(wù)要求的信號(hào)/干擾保護(hù)比.

　　產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)

　　如GB9254,GB4343,GB4824和GB13837等.

　　系統(tǒng)間電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)

　　主要規(guī)定了經(jīng)過協(xié)調(diào)的不同系統(tǒng)之間的EMC要求.

　　面對(duì)強(qiáng)大的靜電，線路板設(shè)計(jì)應(yīng)如何解決

　　基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)

　　GB/T 4365-1995 電磁兼容術(shù)語

　　GB/T 6113—1995 無線電干擾和抗擾度測(cè)量設(shè)備規(guī)范

　　GB 3907-83* 工業(yè)無線電干擾基本測(cè)量方法

　　GB 4859—84* 電氣設(shè)備的抗干擾特性基本測(cè)量方法

　　GB/T 15658-1995 城市無線電噪聲測(cè)量方法

　　GB9175—1988 環(huán)境電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)

　　GB 10436—1998 作業(yè)場(chǎng)所微波輻射衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)

　　GB/T17624.1—1998 電磁兼容綜述電磁兼容基本術(shù)語和定義的應(yīng)用與解釋
 

五、電磁兼容EMC工程師必須具備技能

　　產(chǎn)品EMC的認(rèn)證關(guān)系到產(chǎn)品的出貨，對(duì)于一個(gè)產(chǎn)品來說是相當(dāng)重要的。EMC工程師需要具備那些技能?從企業(yè)產(chǎn)品需要進(jìn)行設(shè)計(jì)、整改認(rèn)證的過程看，EMC工程師必須具備以下技能：

　　1、EMC的基本測(cè)試項(xiàng)目以及測(cè)試過程掌握，具體點(diǎn)就是要對(duì)FCC，CE這些標(biāo)準(zhǔn)熟，對(duì)于認(rèn)證結(jié)構(gòu)的流程熟;

　　2、產(chǎn)品對(duì)應(yīng)EMC的標(biāo)準(zhǔn)掌握，不論國(guó)標(biāo)，還是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)都要熟;

　　3、產(chǎn)品的EMC整改定位思路掌握，要熟悉一些分析方法和分析手段，要對(duì)常見的pcb layout軟件進(jìn)行必要的操作;

　　4、產(chǎn)品的各種認(rèn)證流程掌握，要有一些認(rèn)證的資源，比如到那里進(jìn)行認(rèn)證;

　　5、產(chǎn)品的硬件知識(shí)，對(duì)電路(主控、接口)了解，對(duì)容易產(chǎn)生EMI的信號(hào)的處理措施;

　　6、EMC設(shè)計(jì)整改元器件(電容、磁珠、濾波器、電感、瞬態(tài)抑制器件等)使用掌握，比如有時(shí)需要ESR,ESL小的電容;

　　7、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)屏蔽設(shè)計(jì)技能掌握，熟悉一些屏蔽材料。

六、EMC電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　在考慮EMI控制時(shí)，設(shè)計(jì)工程師及PCB板級(jí)設(shè)計(jì)工程師首先應(yīng)該考慮IC芯片的選擇。集成電路的某些特征如封裝類型、偏置電壓和芯片的：工藝技術(shù)(例如CMoS、ECI、刀1)等都對(duì)電磁干擾有很大的影響。

　　1.集成電路EMl來源

　　PCB中集成電路EMI的來源主要有：數(shù)字集成電路從邏輯高到邏輯低之間轉(zhuǎn)換或者從邏輯低到邏輯高之間轉(zhuǎn)換過程中，輸出端產(chǎn)生的方波信號(hào)頻率導(dǎo)致的EMl

　　2 信號(hào)電壓和信號(hào)電流電場(chǎng)和磁場(chǎng)芯片自身的電容和電感等。集成電路芯片輸出端產(chǎn)生的方波中包含頻率范圍寬廣的正弦諧波分量，這些正弦諧波分量構(gòu)成工程師所關(guān)心的EMI頻率成分。最高EMI頻率也稱為EMI發(fā)射帶寬，它是信號(hào)上升時(shí)間(而不是信號(hào)頻率)的函數(shù)。

　　計(jì)算EMI發(fā)射帶寬的公式為： f=0.35/Tr

　　式中，廠是頻率，單位是GHz;7r是信號(hào)上升時(shí)間或者下降時(shí)間，單位為ns。

　　從、L：述么：式中可以看出，如果電路的開關(guān)頻率為50MHz，而采用的集成電路芯片的上升時(shí)間是1ns，那么該電路的最高EMI發(fā)射頻率將達(dá)到350MHz，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于該電路的開關(guān)頻率。而如果匯的—上升時(shí)間為5肋Fs，那么該電路的最高EMI發(fā)射頻率將高達(dá)700MHz。

　　電路中的每一個(gè)電壓值都對(duì)應(yīng)一定的電流，同樣每一個(gè)電流都存在對(duì)應(yīng)的電壓。當(dāng)IC的輸出在邏輯高到邏輯低或者邏輯低到邏輯高之間變換時(shí)，這些信號(hào)電壓和信號(hào)電流就會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)，而這些電場(chǎng)和磁場(chǎng)的最高頻率就是發(fā)射帶寬。電場(chǎng)和磁場(chǎng)的強(qiáng)度以及對(duì)外輻射的百分比，不僅是信號(hào)上升時(shí)間的函數(shù)，同時(shí)也取決于對(duì)信號(hào)源到負(fù)載點(diǎn)之間信號(hào)通道上電容和電感的控制的好壞，因此，信號(hào)源位于PCB板的匯內(nèi)部，而負(fù)載位于其他的IC內(nèi)部，這些IC可能在PCB上，也可能不在該P(yáng)CB上。為了有效地控制EMI，不僅需要關(guān)注匯;芭片自身的電容和電感，同樣需要重視PCB上存在的電容和電感。

　　當(dāng)信號(hào)電壓與信號(hào)回路之間的鍋合不緊密時(shí)，電路的電容就會(huì)減小，因而對(duì)電場(chǎng)的抑制作用就會(huì)減弱，從而使EMI增大;電路中的電流也存在同樣的情況，如果電流同返回路徑之間鍋合不;佳，勢(shì)必加大回路上的電感，從而增強(qiáng)了磁場(chǎng)，最終導(dǎo)致EMI增加。這充分說明，對(duì)電場(chǎng)控制不佳通常也會(huì)導(dǎo)致磁場(chǎng)抑制不佳。用來控制電路板中電磁場(chǎng)的措施與用來抑制IC封裝中電磁場(chǎng)的措施大體相似。正如同PCB設(shè)計(jì)的情況，IC封裝設(shè)計(jì)將極大地影響EMI。

　　電路中相當(dāng)一部分電磁輻射是由電源總線中的電壓瞬變?cè)斐傻?。?dāng)匯的輸出級(jí)發(fā)：跳變并驅(qū)動(dòng)相連的PCB線為邏輯“高”時(shí)，匯芯片將從電源中吸納電流，提供輸出級(jí)月需的能量。對(duì)于IC不斷轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的超高頻電流而言，電源總線姑子PCB上的去輥網(wǎng)絡(luò)止于匯的輸出級(jí)。如果輸出級(jí)的信號(hào)上升時(shí)間為1.0ns，那么IC要在1.0ns這么短的時(shí)P內(nèi)從電源上吸納足夠的電流來驅(qū)動(dòng)PCB上的傳輸線。電源總線上電壓的瞬變?nèi)Q于電源j線路徑上的申。感、吸納的電流以及電流的傳輸時(shí)間。電壓的瞬變由下面的公式所定義：

　　式中，L是電流傳輸路徑上電感的值;dj表示信號(hào)上升時(shí)間間隔內(nèi)電流的變化;dz表示d流的傳輸時(shí)間(信號(hào)的上升時(shí)間)的變化。

　　由于IC管腳以及內(nèi)部電路都是電源總線的一部分，而且吸納電流和輸出信號(hào)的上于時(shí)間也在一定程度上取決于匯的工藝技術(shù)，因此選擇合適的匯就可以在很大程度上控偉上述公式中提到的三個(gè)要素。

　　封裝特征在電磁干擾控制中的作用

　　IC封裝通常包括硅基芯片、一個(gè)小型的內(nèi)部PCB以及焊盤。硅基芯片安裝在小型64PCB上，通過綁定線實(shí)現(xiàn)硅基芯片與焊盤之間的連接，在某些封裝中也可以實(shí)現(xiàn)直接連接小型PCB實(shí)現(xiàn)硅基芯片上的信號(hào)和電源與匯封裝上的對(duì)應(yīng)管腳之間的連接，這樣就實(shí)到了硅基芯片上信號(hào)和電源節(jié)點(diǎn)的對(duì)外延伸。因此，該匯的電源和信號(hào)的傳輸路徑包括餡基芯片、與小型PCB之間的連線、PCB走線以及匯封裝的輸入和輸出管腳。對(duì)電容和宅感(對(duì)應(yīng)于電場(chǎng)和磁場(chǎng))控制的好壞在很大程度上取決于整個(gè)傳輸路徑設(shè)計(jì)的好壞，某些設(shè)計(jì)特征將直接影響整個(gè)IC芯片封裝的電容和電感。

　　先看硅基芯片與內(nèi)部小電路板之間的連接方式。許多的匯芯片都采用綁定線來實(shí)頸硅基芯片與內(nèi)部小電路板之間的連接，這是一種在硅基芯片與內(nèi)部小電路板之間的極細(xì)6t電線。這種技術(shù)之所以應(yīng)用廣泛是因?yàn)楣杌酒蛢?nèi)部小電路板的熱脹系數(shù)(CU)相近‘芯片本身是一種硅基器件，其熱脹系數(shù)與典型的PCB材料(如環(huán)氧樹脂)的熱脹系數(shù)有相大的差別。如：果硅基芯片的電氣連接點(diǎn)直接安裝在內(nèi)部小PCB上的話，那么在一段相對(duì)較短的時(shí)間之后，IC封裝內(nèi)部溫度的變化導(dǎo)致熱脹冷縮，這種方式的連接就會(huì)因?yàn)閿嗔讯?。綁定線是一種適應(yīng)這種特殊環(huán)境的引線方式，它可以承受較大負(fù)荷的彎曲變形而不容易斷裂。

　　采用綁定線的問題在于，每一個(gè)信號(hào)或者電源線的電流環(huán)路面積的增加將導(dǎo)致電感值升高。獲得較低電感值的優(yōu)良設(shè)計(jì)就是實(shí)現(xiàn)硅基芯片與內(nèi)部PCB之間的直接連接，也就是說硅基芯片的連接點(diǎn)直接聯(lián)結(jié)在PCB的焊盤上。這就要求選擇使用一種特殊的PCB板基材料，這種材料應(yīng)該具有極低的熱膨脹系數(shù)。而選擇這種材料將導(dǎo)致匯芯片整體成本的增加，因而采用這種工藝技術(shù)的芯片并不常見，但是只要這種將硅基芯片與載體PCB直接連接的IC存在：并且在設(shè)計(jì)方案中可行，那么采用這樣的IC器件就是較好的選擇。

　　一般來說，在匯封裝設(shè)計(jì)中，降低電感并且增大信號(hào)與對(duì)應(yīng)回路之間或者電源與地之間電容是選擇集成電路芯片過程的首要考慮因素。舉例來說，小間距的表面貼裝與大間距的表面貼裝：工藝相比，應(yīng)該優(yōu)先考慮選擇采用小間距的表面貼裝工藝封裝的匯芯片，而這兩種類型的表面貼裝工藝封裝的IC芯片都優(yōu)于過孔引線類型的封裝。BGA封裝的匯芯片同任何常用的封裝類型相比具有最低的引線電感。從電容和電感控制的角度來看，小型的封裝和更細(xì)的間距通常總是代表性能的提高。

　　引線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要特征是管腳的分配。由于電感和電容值的大小都取決于信號(hào)或者是電源與返回路徑之間的接近程度，因此要考慮足夠多的返回路徑。

　　電源管腳和地管腳應(yīng)該成對(duì)分配，每一個(gè)電源管腳都應(yīng)該有對(duì)應(yīng)的地管腳相鄰分布，而且在這種引線結(jié)構(gòu)中應(yīng)該分配多個(gè)電源管腳和地管腳對(duì)。這兩方面的特征都將極大地降低電源和地之間的環(huán)路電感，有助于減少電源總線上的電壓瞬變，從而降低EAdI。由于習(xí)慣上的原因，現(xiàn)在市場(chǎng)上的許多匯芯片并沒有完全遵循上述設(shè)計(jì)規(guī)則，但I(xiàn)C設(shè)計(jì)和生產(chǎn)廠商都深刻理解這種設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)，因而在新的IC芯片設(shè)計(jì)和發(fā)布時(shí)IC廠商更關(guān)注電源的連接。

　　理想情況下，需要為每一個(gè)信號(hào)管腳都分配一個(gè)相鄰的信號(hào)返回管腳(如地管腳)。實(shí)際情況并非如此，眾多的IC廠商是采用其他折中方法。在BGA封裝中，一種行之有效的設(shè)計(jì)方法是在每組八個(gè)信號(hào)管腳的中心設(shè)置一個(gè)信號(hào)的返回管腳，在這種管腳排列方式下，每一個(gè)信號(hào)與信號(hào)返回路徑之間僅相差一個(gè)管腳的距離。而對(duì)于四方扁平封裝(QFP)或者其他鷗翼(gullw切g(shù))型封裝形式的IC來說，在信號(hào)組的中心放置一個(gè)信號(hào)的返回路徑是不現(xiàn)實(shí)的，即便這樣也必須保證每隔4到6個(gè)管腳就放置一個(gè)信號(hào)返回管腳。需要注意的是，不同的匯工藝技術(shù)可能采用不同的信號(hào)返回電壓。有的IC使用地管腳(如TIL器件)作為信號(hào)的返回路徑，而有的IC則使用電源管腳(如絕大多數(shù)的ECI‘器件)作為信號(hào)的返回路徑，也有的IC同時(shí)使用電源管腳和地管腳(比如大多數(shù)的CMoS器件)作為信號(hào)的返回路徑。因此設(shè)計(jì)工程師必須熟悉設(shè)計(jì)中使用的IC芯片邏輯系列，了解它們的相關(guān)工作情況。

　　IC芯片中電源和地管腳的合理分布不僅能夠降低EMI，而且可以極大地改善地彈反射(ground boltnce)效果。當(dāng)驅(qū)動(dòng)傳輸線的器件試圖將傳輸線下拉到邏輯低時(shí)，地彈反射卻仍然維持該傳輸線在邏輯低閉值電平之上，地彈反射可能導(dǎo)致電路的失效或者出現(xiàn)故障。

　　IC封裝中另一個(gè)需要關(guān)注的重要問題是芯片內(nèi)部的PCB設(shè)計(jì)，內(nèi)部PCB通常也是IC封裝中最大的組成部分，在內(nèi)部PCB設(shè)計(jì)時(shí)如果能夠?qū)崿F(xiàn)電容和電感的嚴(yán)格控制，將極大地改善系統(tǒng)的整體EMI性能。如果這是一個(gè)兩層的PCB板，至少要求PCB板的一面為連續(xù)的地平面層，PCB板的另一面是電源和信號(hào)的布線層。更理想的情況是四層的PCB板，中間的兩層分別是電源和地平面層，外面的兩層作為信號(hào)的布線層。由于匯封裝內(nèi)部的PCB通常都非常薄，四層板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)將引出兩個(gè)高電容、低電感的布線層，它特別適合于電源分配以及需要嚴(yán)格控制的進(jìn)出該封裝的輸入輸出信號(hào)。低阻抗的平面層可以極大地降低電源總線亡的電壓瞬變，從而極大地改善EMI性能。