EMC整改困难？EMC设计能帮你解决90%的问题

EMC是各位企业家一个难点，倍测检测中心总结以下EMC三个规律、EMC问题的三要素、电磁骚扰的特性、以及五层次EMC设计法；倍测检测给企业提供了对待EMC的建议：倡导坚持EMC规律，趁早考虑和解决EMC 问题-进行EMC设计。

     EMC是产品认证的重要内容随着我国加入WTO无论是走向国际大市场的中国产品，还是涌向中国市场的外国产品,几乎都要进行各种各样的产品认证。产品认证，从国际贸易角度看，实质上是技术性贸易壁垒。我们只有不断提高产品质量, 突破技术壁垒,才能开拓海外市场，促进外贸发展。国内新的3C 认证替代了原来的CCIB 和CCEE 认证，“CCC”是我国强制性产品认证标志—— China Compulsory Certification的英文缩写，只有取得3C 认证的产品才能进入国内市场。3C认证对机电、电器产品的安全性能、EMC等方面作了详细规定。

     随着电气电子技术的发展，家用电器产品日益普及和电子化，广播电视、邮电通讯和计算机网络的日益发达，电磁环境日益复杂和恶化，使得电气电子产品的电磁兼容性(EMC电磁干扰EMI与电磁抗EMS)问题也受到各国政府和生产企业的日益重视。目前,我国整体EMC研究起步较晚，许多企业对EMC认知度不够，缺乏EMC方面的经验和测试设备,在产品设计、生产工艺和元器件的选择上都有不同程度的困惑，产品生产出来后往往EMC不能符合标准要求。EMC问题是当前多数企业的技术难点！从事机电产品制造的广大企业皆有同感，解决EMC问题，比之解决产品的安全问题要困难得多。这就更 加加剧了有些企业面对品牌竞争和价格竞争，偏向于降低成本、牺牲EMC 要求的现象。

     机电产品3C认证的指标涉及产品的安全、EMC两个方面。从认证检测来看，产品达不到“3C”认证要求的主要原因是EMC方面过不了关。事实上，无论 日常检验还是各种产品认证中，EMC测试通不过的情况比较普遍。随着3C认证顺利开展，部分企业在EMC问题上愁眉不展，帮助企业是我们倍测检测中心光荣职责。本文没有复杂的理论分析和推导，只是扼要地介绍EMC三个规律、EMC问题三要素、电磁骚扰的特性、以及五层次EMC设计法；一方面力求实用，另一方面意图抛砖引玉。认识和利用EMC领域三个重要规律，倍测检测中心认为EMC不是光靠理论就能完全解决的，EMC是一项实践工程。从事EMC行业，如能深刻领会以下三个EMC领域重要规律，实践中坚持运用，必然收到事半功倍的效果。

1） 规律一、EMC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，比等到产品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；反之，效率就会大大降低，费用就会大大增加。

     经验告诉我们，在功能设计的同时进行EMC 设计，到样板、样机完成则通过EMC测试，是最省时间和最有经济效益的。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，非但技术上带来很大难度、而且返工必然带来费用和时间的大大浪费，甚至由于涉及到结构设计、PCB设计的缺陷，无法实施改进措施，导致产品不能上市。

2） 规律二、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EUT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。对应处理方法就是减少、减短连线，减小高频电流回路面积，尽量消除任何非正常工作需要的天线，如不连续的布线或有天线效应之元器件过长的插脚。 

减少辐射骚扰或提高射频辐射抗干扰能力的最重要任务之一，就是想方设法减小高频电流环路面积S。

3） 规律三、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最重要途径之二，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。

本文以下内容，就是利用以上三个规律，倡导趁早考虑EMC问题，介绍EMC 设计和EMC问题改进。

     改进EMC 问题，如同诊治疾病。如果产品没有通过EMC 测试，我们从测量结果中，只能知道哪些频率点“超标”了，而这些频率的电磁骚扰是从哪里出来的，往往是工程师门最不容易发现、最难解决的问题。产品EMC 问题，说难亦难，说易亦易。改进EMC问题，首先，根据EMI产生的途径和机理，也就是EMC问题产生的要素，针对EUT（被测试样品,下同）的电路原理，先作一些判断，比如IT类设备和AV音视频类设备引起EMC问题的原因或者内部骚扰源是什么，先进行推断，再结合测试 项目测试图透过现象看本质，分析超差原因--把骚扰源搞清楚，把骚扰途径摸透彻，以便有的放矢。分析超差原因，可使用高频示波器或频谱分析仪加上 场探头验证分析结果，从频域到时域，再从频域到时域，分析、寻找产生EMC问题的对应电路和器件。

     EMC 问题三要素开关电源及数字设备由于脉冲电流和电压具有很丰富的高频谐波，因此会产生很强的辐射。电磁干扰包括辐射型(高频)EMI、传导型(低频)EMI，即产生EMC问题主要通过两个途径:一个是空间电磁波干扰的形式;另一个是通过传导的形式，换句话说，产生EMC问题的三个要素是：电磁干扰源、耦合 途径、敏感设备。辐射干扰主要通过壳体和连接线以电磁波形式污染空间电磁环境；传导干扰是通过电源线骚扰公共电网或通过其他端子（如：射频端子，输入端子）影响相连接的设备。

传导、辐射、骚扰源------（途径）----- 敏感受体近场耦合IT、AV 设备可能的骚扰源

 a） FM接收机、TV接收机本机振荡，基波及谐波由高频头、本机振荡电路产生；

 b） 开关电源的开关脉冲及高次谐波，同步信号方波及高频谐波，行扫描显像电路产生的行、场信号及高频谐波；

 c） 数字电路工作需要的各种时钟信号及高频谐波、以及它们的组合，各种时钟如CPU芯片工作时钟、MPEG解码器工作时钟、视频同步时钟（27MHz，16.9344MHz ，40.5MHz）等；

 d） 数字信号方波及高频谐波，晶振产生的高次谐波，非线性电路现象（非线性失真、互调、饱和失真、截止失真）等引起的无用信号、杂散信号；

 e） 非正弦波波形，波形毛剌、过冲、振铃，电路设计存在的寄生频率点。

 f） 对于敏感受体通过耦合途径接受的外部骚扰包括浪涌、快速脉冲群、静电、电压跌落、电压变化和各种电磁场。

电磁骚扰的特性 

① 单位脉冲的频谱最宽；

② 频谱中低频含量取决于脉冲的面积，高频分量取决于脉冲前后沿的陡度；

③ 晶体振荡电平必须满足一定幅度, 数字电路才能按一定的时序工作，使晶振产生的骚扰呈现覆盖带宽、骚扰电平高的特点；

④ 收发天线极化、方向特性相同时，EMI辐射和接受最严重；收发天线面积越大, EMI危害逾大；

⑤ 骚扰途径：辐射，传导，耦合和辐射、传导、耦合的组合。

⑥ 电源线传导骚扰主要由共模电流产生；

⑦ 辐射骚扰主要由差模电流形成的环路产生。

     了解EMC三个规律和EMC问题三要素，会使得EMC问题变的有规可循，坚持EMC的规律使得解决EMC问题省时省力，事半功倍。

     EMC设计，简单地说，就是仔细预测可能发生的各种EMC问题，进行方案和电路的优化选型，寻找一种优化电路、机械结构和PCB的设计解决方案，提高产品的设计质量，确保达到功能和性能指标的情况下，兼顾成本效益，避免EMC问题。为抑制和消除骚扰源，减小高频信号频率、减小高频电流回路面积、减小共阻抗耦合或感应耦合，选用低速、低辐射器件，选用屏蔽机箱、屏蔽电缆和I/O滤波器都是常用的措施。

一般来说，EMC设计可分五个层次。以下为五个层次EMC设计要点：

A ) 方案选择、主要部件、集成电路的选型、电路和机械结构设计；对于产品的成功与否，第一层次设计是最基本、最重要的，任何错误都意味着该产品项目彻底失败。

这一层主要EMC考虑体现在：

1）方案选择、主要部件、集成电路的选型主要考虑减少辐射骚扰或提高射频辐射抗干扰能力，尽量选用本身发射小的芯片，如翻转时间长、工作速率低的器件，多地线脚的芯片（芯片实质就是集成度较高的电路模块，封装时多装地线脚，可以减小高速差模电流环面积S，相应地减小芯片的发射）；避免使用大功率、高损耗器件，它们往往是大的辐射源；

2）保证所选器件不工作在非线性区，以免产生谐波分量成为干扰源。

3）电路和机械结构设计除考虑减少辐射骚扰或提高射频辐射抗干扰能力外，主要考虑电源电路防外部骚扰包括浪涌、快速脉冲群、静电、电压跌落、电压变化等；

4）电路设计或方案应不使数字信号波形产生过冲，应使无用的谐波振荡幅度最小，使无用的高次谐波成分最少，避免引发强烈的电磁骚扰；

5）对集总参数电路，增加阻尼、减小Q值，防止振荡；

B ) PCB的EMC设计；对于产品的成功与否， PCB的EMC设计是重要的一环。

     PCB设计不合理，会产生无法补救的后果；PCB良好的EMC设计，有事半功倍的效果。PCB 的EMC设计应遵循以下内容：

1） 尽量减小所有的高速信号及时钟信号线构成的环路面积，连接线要尽可能短，并使信号线紧邻地回路；

2） 使用小型化器件和多层线路板，多层印制板可紧缩布线空间，高频特性好，容易实现EMC；

3） 印制板层数选择考虑关键信号的屏蔽和隔离要求，先确定所需信号层数，然后考虑成本的前提下，增加地平面和电源层是PCB EMC设计最好的措施之一；

4） 印制板分层原理与布置印刷电路、布置排线的原理一样，元件面下面为地平面，关键电源平面与其对应的地平面相邻，相邻层的关键信号不跨区，所有的信号层特别是高速信号、时钟信号与地平面相邻，尽量避免两信号层相邻；

5） 个别电源层、地层不能作为一个连续的平面时，采用多网孔连接形成地格蜂窝网，有效减小电流环路面积，减小公共阻抗R，加大信号与地层分布电容；

6）  线路板布线设计时顺序考虑：电源和地/时钟线/信号线，布线应该短、直、粗、匀，不要直角和突变， 应有“之”字形，用圆角代替尖锐走线，尽可能加宽电源和地的布线，电源和地层的分割，尽量符合微带线和带状线要求；

7） 走线尽可能远离骚扰源，布线考虑铁氧体材料的使用，预留磁珠和贴片滤波器的位置，以备按需加减；

C ) 电与接地、高速信号线路及内部线缆的EMC设计；PCB的EMC设计中也提到供电与接地、高速信号线路的EMC设计，此外，还应遵循以下内容：

1）芯片间使用低阻抗地连接（地平面），不同芯片供电脚间阻抗尽量小，芯片供电脚（意思是离芯片供电 脚很近的供电线上）与地间接高频旁路电容，供电布线预留磁珠和贴片滤波器的位置，以备按需加减；

2) 布线、I/O排线的核心原则就是减小电流环面积S,布置排线的原理与印制板分层原理一样，关键电源线与其对应的地线相邻，所有的信号层特别是高速信号、时钟信号线与地线相邻，尽量避免两信号线相邻； 

3) 为避免接地线长度过长（接近λ/4），可采用多点就近接地，接地线高频阻抗要小；

4) 减小电缆的天线效应及减小偶极子天线效应，跨线、I/O排线采用屏蔽性能好的线缆，内导线采用多股双绞线，使空间场互抵，屏蔽层可作为回线；

5) 机内采用屏蔽线防止感应噪声；

6) 波器的输入输出线应拉开距离，忌并行走线，以免影响滤波效果;

7) I/O接口注意高速电路阻抗匹配，减小、消除反射；