EMC设计：从设计源头杜绝电磁兼容性问题！
在当今科技飞速发展的时代，电磁兼容性（EMC）已成为产品认证的关键要素。无论是中国产品走向国际市场，还是外国产品进入中国市场，产品认证都是一道必须跨越的门槛。从国际贸易的角度来看，产品认证本质上是一种技术性贸易壁垒。我国加入WTO后，这一现象愈发明显。国内的3C认证，作为我国强制性产品认证标志，对机电、电器产品的安全性能、EMC等方面有着详细的规定，只有通过3C认证的产品，才有资格进入国内市场。然而，EMC问题一直是众多企业的技术难点。随着电子、信息产业的蓬勃发展，机电产品更新换代的速度越来越快，芯片集成度和产品工作速度不断提高，电磁骚扰问题也变得愈发复杂。我国整体EMC研究起步较晚，许多企业对EMC的认知度不够，缺乏相关经验和测试设备，在产品设计、生产工艺和元器件选择上存在诸多困惑，导致产品生产出来后往往难以符合EMC标准要求。从认证检测来看，产品达不到3C认证要求的主要原因大多是EMC方面不过关。事实上，在日常检验和各种产品认证中，EMC测试通不过的情况相当普遍。面对这一现状，我们不禁要思考，EMC问题该如何解决呢？其实，EMC问题的解决并非无章可循，关键在于要深刻认识并运用EMC领域的三个重要规律。001EMC的三个重要规律EMCEMC费效比关系规律EMC问题越早考虑、越早解决，费用越小、效果越好。在新产品研发阶段就进行EMC设计，等到产品EMC测试不合格才进行改进，费用可以大大节省，效率可以大大提高。相反，产品研发阶段不考虑EMC，投产以后发现EMC不合格才进行改进，不仅技术上难度大，而且返工必然带来费用和时间的浪费，甚至可能因涉及到结构设计、PCB设计的缺陷，无法实施改进措施，导致产品无法上市。高频电流环路面积S越大，EMI辐射越严重高频信号电流流经电感最小路径。当频率较高时，一般走线电抗大于电阻，连线对高频信号就是电感，串联电感引起辐射。电磁辐射大多是被测设备上的高频电流环路产生的，最恶劣的情况就是开路之天线形式。减少辐射骚扰或提高射频辐射抗干扰能力的重要任务之一，就是想方设法减小高频电流环路面积S。环路电流频率f越高，引起的EMI辐射越严重电磁辐射场强随电流频率f的平方成正比增大。减少辐射骚扰或提高射频辐射抗干扰能力的另一个重要途径，就是想方设法减小骚扰源高频电流频率f，即减小骚扰电磁波的频率f。 02EMC问题的三要素EMC要真正解决EMC问题，还需要深入了解EMC问题的三要素：电磁干扰源、耦合途径、敏感设备。开关电源及数字设备由于脉冲电流和电压具有丰富的高频谐波，会产生很强的辐射。电磁干扰包括辐射型（高频）EMI和传导型（低频）EMI，主要通过空间电磁波干扰和传导的形式产生EMC问题。 03EMC设计的五个层次EMC在实际的产品设计中，EMC设计至关重要。EMC设计的根本在于趁早进行，从设计立项的一开始，就把EMC要求纳入设计任务书，作为设计的输入之一。EMC设计可以分为五个层次：方案选择、主要部件、集成电路的选型、电路和机械结构设计这一层次是产品成功的基础，任何错误都可能导致项目彻底失败。主要考虑减少辐射骚扰或提高射频辐射抗干扰能力，选用本身发射小的芯片，避免使用大功率、高损耗器件，保证所选器件不工作在非线性区，电路设计应避免数字信号波形产生过冲，增加阻尼、减小Q值，防止振荡。PCB的EMC设计PCB设计不合理，会产生无法补救的后果。良好的PCB EMC设计可以事半功倍。设计时应尽量减小高速信号及时钟信号线构成的环路面积，使用小型化器件和多层线路板，合理选择印制板层数，分层布置，布线应短、直、粗、匀，走线尽可能远离骚扰源，预留磁珠和贴片滤波器的位置。供电与接地、高速信号线路及内部线缆的EMC设计芯片间使用低阻抗地连接，不同芯片供电脚间阻抗尽量小，布线、I/O排线应减小电流环面积，采用多点就近接地，减小电缆的天线效应，采用屏蔽性能好的线缆，注意高速电路阻抗匹配，减小、消除反射。屏蔽设计屏蔽设计要求有完整的电连续体、滤波措施和良好的接地。机箱应采用导电材料，开孔尺寸一般不超过4mm，根据产品实际进行屏蔽设计，变压器加静电屏蔽及接地等。输入/输出的滤波设计电源线滤波和信号线滤波的重要性不亚于机箱屏蔽。滤波关键是针对EMC要求，兼顾达标和经济的原则。在I/O接口部位，一般采用高频滤波效果好、安装简单的滤波连接器。在电缆上缠绕或套用铁氧体磁环也能起到一定的滤波吸波作用。 04给企业的建议EMC了解EMC问题三要素、电磁骚扰的特性、电磁骚扰源和传播途径，掌握五个层次EMC设计法则，坚持利用EMC规律，趁早考虑和解决EMC问题。遇到PCB必须重新设计或结构必须重新设计时，大家只有后悔EMC考虑得迟了。治病不如防病，治病必须对症下手，宜早不宜迟，解决EMC问题是一样的道理。当产品的EMC不符合要求需要整改时，首先要如同治病一样，诊断出电磁骚扰源、耦合途径，然后利用EMC设计要点中提到的方法，对症下手，综合运用屏蔽、滤波吸波、接地等措施实施改进。改进途中，测试再不通过，先检讨问题判断是否正确？对策是否失误？使用器件参数是否需要调整？不要一下子就改变初衷，应不慌不忙。整改时要特别注意，正确诊断出电磁骚扰源、耦合途径后，采用EMC抑制器件时，不但要选择合适，而且所用器件要货真价实，才不会久治不愈。工厂应对关键生产工序进行识别，关键工序操作人员应加以培训，制定相应的工艺作业指导书或标准样件（可以采取拍照给出图片的方式），使生产过程受控。取最简化而且EMC又有一定裕量的样机作为标准件，核对生产、装配工艺，检验时，着重进行EMC关键元器件和材料的检验/验证，以及装配工艺一致性检查。为验证产品持续符合标准要求，工厂应在适当阶段对产品进行确认检验（本身不具备检测条件时，抽样送有能力的机构进行检验），以确保产品持续符合EMC要求，万一变化亦能及时发现。当产品EMC关键件要改变、调整时，应用新的器件替换原器件重新制造几台样机进行测试，确认EMC关键件改变和调整对整机EMC的影响。 05小结EMC了解EMC问题三要素、电磁骚扰的特性、电磁骚扰源和传播途径，掌握五个层次EMC设计法，EMC会变得有规可循的，坚持EMC规律，趁早考虑和解决EMC问题，即可省时省力，事半功倍。在EMC工作方面，比照老中医看病方式，据症施治，有意识带点人性化，能提高解决问题的兴趣。EMC90%是设计出来的，整改出来的极少、极少。治病不如防病，治病必须对症下手，宜早不宜迟。道理简单，更需重视。来源：电磁兼容之家
