電子產(chǎn)業(yè)一站式賦能平臺

PCB聯(lián)盟網(wǎng)

搜索
查看: 40|回復(fù): 0
收起左側(cè)

如何輕松拿捏EMC?

[復(fù)制鏈接]

495

主題

495

帖子

3124

積分

四級會員

Rank: 4

積分
3124
跳轉(zhuǎn)到指定樓層
樓主
發(fā)表于 2024-9-10 07:41:00 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
  X3 W' D3 e7 p4 v/ E! a6 _
擊上方名片關(guān)注了解更多# c( C* c3 ?7 h2 ?; D9 k
' v  G- _! C8 ~
01、emc簡介電磁兼容(Electro Magnetic Compatibility),在國際電工委員會標準IEC對電磁兼容的定義為:系統(tǒng)或設(shè)備在所處的電磁環(huán)境中能正常工作,同時不會對其他系統(tǒng)和設(shè)備造成干擾。EMC包括EMI(電磁干擾)及EMS(電磁耐受性)兩部分:(1)EMI電磁干擾,乃為機器本身在執(zhí)行應(yīng)有功能的過程中所產(chǎn)生不利于其它系統(tǒng)的電磁噪聲(如打呼嚕太大,影響周圍人睡覺);(2)EMS乃指機器在執(zhí)行應(yīng)有功能的過程中不受周圍電磁環(huán)境影響的能力。
/ ^  Q  b! v' j$ b4 ?02、電子產(chǎn)品為什么要考慮EMC?舉個網(wǎng)上的案例:1967年,火箭飛行控制計算機,發(fā)射時需要考慮冷卻方案,早期都是冷卻液循環(huán),冷卻液在流動制冷時,會存在靜電積累(液體流動摩擦),到一定程度沒有泄放通路,遇到金屬就會產(chǎn)生擊穿放電。設(shè)計時設(shè)計絕緣氣隙距離假如是10cm,但火箭到26KM的高空,接近真空時,環(huán)境和氣壓不一樣,絕緣氣隙距離縮短,導(dǎo)致故障?梢奅MC問題關(guān)系著我們產(chǎn)品的可靠性,產(chǎn)品EMC設(shè)計,涉及生命安全的產(chǎn)品,需要高度重視。進一步總結(jié)產(chǎn)品MEC需要考慮:(1)市場準入和國家法規(guī)的要求:技術(shù)的貿(mào)易壁壘;(2)特殊行業(yè)的準入要求:軍工、鐵路、汽車等行業(yè)準入要求;(3)零部件電磁兼容需求,產(chǎn)品本身EMC性能需求;(4)可靠性要求,電磁兼容做好,為市場應(yīng)用的可靠性做保障,需要考慮各種極端工況;(5)特殊應(yīng)用,如EMC的信息安全:無線電信息截取、433傳統(tǒng)汽車無線鑰匙干擾等;
1 g6 }6 t+ m% F# O( `. F0 a03、EMC三要素EMC問題,我們可以用電路模型來建立EMC問題模型和給出解決方案。首先介紹下EMC的三要求:干擾源、傳播路徑、敏感源,其中干擾路徑是最不容易判斷的,干擾源和敏感設(shè)備可以通過經(jīng)驗做一些識別。
! Q5 A: F. y$ _) |: T/ _
3 Z/ r$ }; f# Z! ~舉個案例幫助我們更好的理解三要素:如電吹風(fēng)使用時,電視機出現(xiàn)雪花屏(1)電視機的EMS,可能比較差,測不過;(2)電吹風(fēng)的EMI,同時可能也沒有做限制;
$ e4 O( e2 t% X1 a; W' E那案例中的三要素分析如下:(1)干擾源:電池風(fēng)里面的電源電路、電機轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電源變化(2)敏感設(shè)備:電視機顯示屏(3)耦合路徑:可能是220V插排的供電口(共用插排),或者空間電磁波輻射干擾
2 ]6 N9 H" m9 m9 p" z* f8 g ; P4 k3 u: k4 ]$ e

7 M, g; X* G/ `; m* F$ a04、干擾源電子產(chǎn)品干擾源在電磁環(huán)境下的干擾源各種各樣,常見的如:(1)無線發(fā)射(4G、5G、對講機):RS類干擾(2)雷電:浪涌類的干擾(3)人體:ESD類干擾(4)電氣開關(guān)的工作:EFT/CS類的干擾  e* ~( d. x! c4 u* c5 U' g9 V$ X7 ~

" b7 ~/ _5 R1 ?6 ~$ A從常見的干擾源信號特征,我們可以總結(jié)出電磁干擾源的要素:即變化的電壓(dv/dt)或者電流(di/dt)。進一步在EMC問題中,根據(jù)經(jīng)驗60%問題來源于DCDC干擾。對于設(shè)備來說DCDC開關(guān)電源是最常見的噪聲源,而通常又不易受干擾,所以DCDC的EMC問題主要就是EMI問題。以Buck電源為例,DCDC芯片開關(guān)過程中產(chǎn)生電壓和電流的變化,包含了較快的di/dt和dv/dt噪聲分量,其開關(guān)噪聲不僅包含開關(guān)次和倍頻頻率段的噪聲,另外其開關(guān)速度越低,高頻噪聲分量衰減越大。& q$ E/ g( Q0 j1 f% ]

8 J2 {' _2 U+ U8 {+ q: _; W% m+ [
除DCDC電源外,常見還有高速時鐘信號,在電磁兼容的輻射發(fā)射測試中,常見的就是時鐘輻射超標(如下圖所示)。$ j$ v& u/ ~' ~
6 q8 L' w; v! Y' k: P
因為時域中周期性的信號對應(yīng)頻域中離散的頻譜,所以時鐘能量比較集中,這在頻譜上的表現(xiàn)就是:時鐘頻點(時鐘基頻以及倍頻)上能量很高,而非時鐘頻點幾乎沒有能量。0 ^: w- r3 Z! \! M# E
05、耦合路徑常見的耦合路徑包括:8 Q, b9 i9 X' I4 x8 j
$ E: G* _3 Y$ n: a5 F
(1)傳導(dǎo):在干擾源和接收電路之間的耦合路徑就是直接的接觸,比如引線、電纜或者路徑連接。常見的耦合如電阻性耦合,由兩個回路經(jīng)過公共阻抗耦合而產(chǎn)生,干擾量是電流i,或者di/dt。舉例:數(shù)字電路和模擬電路為啥要做地分割隔離,最怕存在共阻抗的時候,數(shù)字信號流過共阻抗時,在模擬電路上產(chǎn)生uA電流產(chǎn)生電壓,模擬信號敏感電壓將出現(xiàn)偏差。& X! l% a7 k& W$ g

4 w6 T* r1 m5 e  c3 Y, e8 [4 C5 _(2)空間耦合:(2-1)互容耦合:在兩個接近的導(dǎo)體或者引線之間存在各種電容場,如最典型的平行走線,噪聲源和敏感源之間有分布電容C2,頻率下等效于為阻抗,就類似電阻耦合的干擾案例。
: D0 x5 V$ U. \, `# Y
( b5 X  \( b5 k8 a& }3 m4 p(2-2)電感耦合:在兩個平行導(dǎo)體或者引線之間存在磁場,當間距小于電磁波波長的時候會在接收導(dǎo)體上引起電壓的變化。磁通的方式相互影響,如無線充電,常見干擾如PCB上的平行布線。
( Q) M* J( c$ p( V
8 o% N) I; i2 d% X, |6 ~) A  Y, T! q0 {; J: S- c
- k2 n& C+ F: {# T- L  w7 e) a9 g
對于電感或者磁場耦合,干擾產(chǎn)生的主要原因是流過高頻電流回路產(chǎn)生的磁通空間上串到接收回路中產(chǎn)生的,因此問題的改善,一般需要減小流過高頻電流回路的面積或者接收回路的面積。
! I$ [5 s! t; f6 U& w* M" O
' H+ U# r5 {' }; l; ?: ]' G, y, H  W) z(2-3)電磁輻射:當干擾源與接收電路之間的距離比較遠,大于電磁波波長,發(fā)射與接收之間相當于無線電天線,電磁干擾從干擾源發(fā)送,輻射出的電磁波在空氣中傳播。, ?$ d5 z- `5 F( C' G
06、敏感源電子產(chǎn)品敏感源,常見的如:復(fù)位電路、傳感器采樣電路,數(shù)據(jù)通信電路、音視頻處理電路等均視為敏感電路。舉例如傳感器和大功率用電設(shè)備如電機共地了,大功率電機工作的時候產(chǎn)生共模漏流,就會對傳感器的采集產(chǎn)生影響,在設(shè)計時我們需要注意此類信號。( j  o( A7 I6 [! u. n5 E
07、時域與頻域時域與頻域是針對同一個事物,不同角度的分析結(jié)果,在做EMC分析時更多的是從頻域的角度去分析問題。如在時域上,基帶的時鐘越接近完美的方波,但在頻域上,射頻的EMC可能是一個不好的波形(邊沿越陡峭,高次諧波頻譜能量越大)。% x9 v1 }  C+ D4 j1 v  j
! b+ `+ N0 F2 ?% [: y
我們從最常見的DCDC開關(guān)信號和高頻時鐘信號在頻域的角度進行展開。左圖表示為脈沖波形,在時域上,其特征是tw(脈沖寬度)和ts(上升時間/下降時間)。中間的圖形表示從傅里葉變換獲得的理論脈沖波形的頻譜。頻域上,隨著頻率的升高,振幅衰減,衰減斜率隨tw和ts而變化。最右邊的圖表顯示了當脈沖ts變慢(增加)時頻譜的變化。當斜率變化到-40db/dec時,1/πts的頻率點降低,最終結(jié)果是振幅減小。簡單地說,當ts變慢時,頻譜振幅衰減。5 T5 M! r- |4 r# a: K

. O* i9 ]* b  k0 m% E7 J因此時域信號邊沿越陡峭,頻域高次諧波頻譜能量越大。如上升沿的快速變化,產(chǎn)生的高次諧波能量,在EMC工程師眼里,都希望它盡快落到-40db衰減的范圍。改變的方式為增加電阻或者電容(加大tr)。如時鐘周期信號,增加RC,在滿足時鐘信號質(zhì)量要求的前提下,盡可能減緩信號的上升沿的變化速度。相應(yīng)我們可以總結(jié)出經(jīng)常遇到的EMC信號特點:(1)ESD:上升沿tr波形一般會在0.5ns-1ns左右,達到GHz,高頻能量豐富,干擾強。(2)EFT:上升沿tr波形一般會在5ns左右,主要頻譜都在幾十MHz,更多的靠濾波解決。(3)Surge:上升沿tr波形一般會是us級別,主要頻譜能量在KHz,更多靠瞬態(tài)防護器件吸收,不是濾波。
& j* q3 m6 g+ N1 k7 v接下來再跟大家分享一些基礎(chǔ)的解決方案EMC主要是解決干擾問題,目前主要的手段有:屏蔽、濾波、接地等方案,本次主要分享的是濾波。$ `' x8 N& c" g
1 濾波器介紹+ X' \3 t2 V4 d" U# f/ d" P; f
濾波 (Wave filtering):是將信號中特定波段頻率濾除的操作,是抑制和防止干擾的一項重要措施。如傳導(dǎo)、輻射超標,是某個電纜的對外傳導(dǎo)、輻射的,那就可以在敏感信號處進行濾波。實際上,任何一個電子系統(tǒng)都具有自己的頻帶寬度(對信號最高頻率的限制)。頻率特性反映出了電子系統(tǒng)的這個基本特點。而濾波器,則是根據(jù)電路參數(shù)對電路頻帶寬度的影響而設(shè)計出來的工程應(yīng)用電路。濾波作用:切斷干擾沿信號線或電源線傳播的路徑,可與屏蔽共同構(gòu)成完善的干擾防護。3 G3 U. \( T5 F6 e
& n# c- l$ ]5 x* D! m
2 濾波器重要指標-插入損耗
; ]' ]7 d; F8 L插入損耗:插入損耗是衡量濾波電路濾波效果的指標,通常以分貝數(shù)或頻率特性曲線來表示。它是指濾波電路接入電路前后,電源傳給負載的功率比或端口電壓比。IL=10lg Po/P2 (dB)或 L=20lg VO/V2 (dB)其中 Po、P2、 Vo、V2分別表示濾波電路接入前后負載端的功率和電壓。
, k. E5 a% C' I" k8 c9 C3 y   U2 {+ ?: }; q! d4 q+ @. O

& p- P* U/ w/ v! T3 j3 z 4 X3 [& o' w3 G: j5 V! S
式(1) 中,RL、和 RS,分別表示源阻抗和負載阻抗,a11、a12、a21、a22表示濾波器網(wǎng)絡(luò)的A參數(shù),更詳細的計算方法可以參考文獻《EMI電源濾波器的插入損耗分析》。這里舉個例子,如下圖的差模濾波方案,假設(shè)源端阻抗和負載阻抗均為50歐姆,電源輸入1V,濾波電容的阻抗 1 歐姆,則未加濾波器前,V0=0.5V,加入濾波器后,V2為濾波阻抗和負載阻抗并聯(lián)后與源阻抗串聯(lián)分壓即V2=0.019V,則插入損耗=20lg0.5/0.019=28.4db。
  `  [5 E; [. W
) T( e* P3 |6 G; M, D假設(shè)源端阻抗和負載阻抗均為 1 歐姆,則未加濾波器前,V0=0.5V,加入濾波器后,V2為濾波阻抗和負載阻抗并聯(lián)后與源阻抗串聯(lián)分壓即V2=0.33V,則插入損耗=20lg0.5/0.33=3.6db。根據(jù)公式和示例,可以知道 EMI 濾波器電路在不同的源與負載阻抗的情況下,濾波性能有很大的差異。在一般的濾波器產(chǎn)品說明書中,提供的插入損耗值都是在源阻抗和負載阻抗均為50歐姆的情況下得到的。4 C' [* [, y2 Q) x7 W

/ s. K' ~6 x- {+ Y3 d3 L) {( F在實際使用中,濾波器的端阻抗隨著工作環(huán)境的變化而變化,因而對濾波器插入損耗的影響也很大 ,濾波電路也是如此。設(shè)計時要求濾波器的插入損耗越大越好,整改時可以根據(jù)超標頻率選擇合適的濾波器。3 濾波器類型和選型特征
, a) w9 N4 K2 h7 [濾波器根據(jù)濾波頻段可以分為低通、高通、帶通、帶阻等,在EMC問題中,最常用的為低通濾波器。
, \5 _% J. }, G* R) c  y4 H ; f# D; ~5 P) {/ ~8 m6 [7 `
低通濾波器常見的網(wǎng)絡(luò)拓撲如下,實際使用中推薦使用 PI 型或者 T 型濾波網(wǎng)絡(luò)。主要原因是根據(jù)插損的計算方法,在電感靠近低阻,電容靠近高阻時濾波效果最佳。而實際使用時往往不能準確識別源端和負載端的高低組狀態(tài),所以采用PI型或者T型都能做到最佳匹配。
' H; m# x& A4 U0 P( O/ b
0 k) X, q& h: q, R; J+ J舉例如下,在沒有經(jīng)過CL濾波前,電壓基本都在負載電阻上即1V,加入CL濾波后,負載電壓為濾波電容上電壓的一半為0.25V,插損=20lg1/0.25=12db。
# h( s# F& b7 ~7 F, z) e, U- k6 T3 [) a, R5 ]6 m1 u6 M
+ G0 u! G) H" f5 c  z: s/ `/ s! }
上例的基礎(chǔ)上,調(diào)換CL的位置,如下圖,在沒有經(jīng)過CL濾波前,電壓基本都在負載電阻上即1V,加入濾波后,負載電壓為濾波電容上電壓,為0.001V,插損=20lg1/0.001=60db。9 t& R$ g1 a& H9 J

+ e3 G9 u7 i3 O$ k# S$ K. O% L元器件沒有變,只是變換位置,濾波效果的差異很大,原理即:電容靠近高阻,電感靠近低阻才更有效。實際應(yīng)用選擇:在不知道源端和負載的阻抗高低的情況下,比較合理的就是pi網(wǎng)絡(luò)和T型網(wǎng)絡(luò)。針對低頻,通常采用電容+電感+電容濾波方式,高頻采用電容+磁珠+電容濾波方式。如PI型,不管ZS、ZL是高還是低,并聯(lián)電容后都是低,中間電感靠近低阻為有效狀態(tài)。4 濾波器案例:電源的EMC三要素分析  V+ F( f; w" K1 U2 H6 @
對于EMC問題,我們在原理圖階段就要進行濾波設(shè)計,其要點就是從EMC的三要素出發(fā):干擾的源頭:降低強度敏感電路:提高抗干擾能力干擾耦合路徑:降低路徑效率下面以開關(guān)電源為例,分析其濾波設(shè)計方案。開關(guān)電源以其效率高、體積小、輸出穩(wěn)定性好的優(yōu)點而迅速發(fā)展起來。由于開關(guān)電源工作過程中的高頻率、高di/dt和高dv/dt使得電磁干擾問題非常突出。如何降低甚至消除開關(guān)電源的 EMI 問題已經(jīng)成為開關(guān)電源設(shè)計師以及電磁兼容(EMC)設(shè)計師非常關(guān)注的問題。
% C/ ?  h- x* X5 H; \- s" P
8 W4 s9 J& O' ]0 j4 w% x開關(guān)電源的干擾,既有共模干擾,也有差模干擾。對于差模干擾:其存在于L-N線之間,電流從 L 進入,流過整流二極管正極,再流經(jīng)負載,通過熱地,到整流二極管,再回到N。在這條通路上,有高速開關(guān)的大功率器件,有反向恢復(fù)時間極短的二極管,這些器件產(chǎn)生的高頻干擾,都會從整條回路流過,從而被接收機檢測到,導(dǎo)致傳導(dǎo)超標。對于共模干擾:共模干擾是因為大地與設(shè)備電纜之間存在寄生電容,高頻干擾噪聲會通過該寄生電容,在大地與電纜之間產(chǎn)生共模電流,從而導(dǎo)致共模干擾。& V8 I( Y# |4 k/ \( ?4 \! @
! r% C+ t1 {, H  A! }4 {$ S; f& X9 F
根據(jù)干擾產(chǎn)生的原因和經(jīng)驗,低頻如150kHz-1.5MHz,以差模為主,1.5MHz-5MHz,差模和共模共同起作用,5MHz 以后高頻部分基本上是共模干擾為主。我們先以差模干擾為例展示干擾的源頭、耦合路徑和測試的敏感電路。從干擾源頭看,開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾最根本的原因,就是其在工作過程中產(chǎn)生的高di/dt和高dv/dt,它們產(chǎn)生的浪涌電流和尖峰電壓形成了干擾源。工頻整流濾波使用的大電容充電放電、開關(guān)管高頻工作時的電壓切換、輸出整流二極管的反向恢復(fù)電流都是這類干擾源。# o, J0 r* ^4 D, r5 b7 D; Y* `* z
( S/ m- E6 p% ~) |7 a
從耦合路徑看,待測設(shè)備(EUT)的電源端口是干擾源,測試儀器為敏感電路,則從儀器的連接關(guān)系看,電源端口的干擾經(jīng)過AC頭接入了LISN的采樣電阻(50歐姆),再經(jīng)過測試儀器內(nèi)部的采樣電阻50歐姆,整個采樣電阻接近100歐姆。當采樣電阻上的電壓超標,則傳導(dǎo)的干擾超標。
* v5 ~8 u$ K, m5 S
; H" \: X9 W  g2 [5 f& X' W
- J% a0 y+ l7 W) K! m) N
- P- H% s. T$ J% |5 }% w8 T  H. p0 }1 P1 N( w5 ]- Q
8 B# H* i  I( Q8 Z1 c9 n0 \
進一步轉(zhuǎn)化為如下電路模型,來看干擾的通路。噪聲主要由 di/dt 引起,通過寄生電感,在火線和零線之間的回路中傳播,在兩根線之間產(chǎn)生電流 ldm ,不與地線構(gòu)成回路。' m6 a8 r3 |8 |' {* q" {( {

! w* a/ [3 ^2 T1 X5 Z( }- i! K由 Vdm 驅(qū)動的 Idm 導(dǎo)致輸入 AC 端口差模干擾,LISN +儀器的采樣阻抗為 100歐姆,開關(guān)電源的接口沒有濾波時,則很容易傳導(dǎo)測試超標,干擾都在敏感設(shè)備上(采樣電阻為高阻,VDM的ZC+ESR為低阻)。干擾電壓幅度為:Vdm:
, `! @7 W" z5 a& q) A; d8 [6 f5 F
這種情況下,針對電源口的EMC濾波就可以考慮電容方案,接口加差模濾波電容,C1通常為100nF~2.2uF的聚醋X2電容。
8 m: S7 V2 H# R& _7 h
) a7 }0 T2 |) v9 \X電容,常用做抑制電源電磁干擾,一般安裝到電源火線與零線之間,而且起到的作用都是差模濾波。X1電容耐電壓更高,在一些更高電壓的電路中要使用X1安規(guī)電容,X1 >2.5kV ≤4.0kV ;X2 ≤2.5kV。
- P7 Y+ s, g' [
$ n8 p) e; u# _1 k' g% ?# x- T9 D, I
電容容值選型原則:根據(jù)電容的阻抗-頻率特性曲線進行選型,在需要濾波的頻點上,讓電容的阻抗盡可能小,即讓干擾電流更多的流向大地,而不是流經(jīng)測試儀器的采樣電阻。因此根據(jù)差模干擾為低頻干擾,頻段在 150kHz-1.5MHz,可選100nF~2.2uF電容,再結(jié)合耐壓確認電容型號。
. y/ {; U, y2 }7 o
2 q. W8 r9 a3 d假設(shè)傳導(dǎo)測試時,超標比較多,則考慮PI型濾波器。L1,L2,C1,C2 構(gòu)成低通 PI 型濾波器,L1、L2通常為100 ~300uH鐵粉芯電感,也可由共模電感的漏感形成,C1,C2通常為 100nF~ 2.2uF 的聚酯X2電容。, Y# T- ^( f9 N5 p! I( }

' `0 X( u, `. x2 D; c4 h) e4 結(jié)論2 S0 v& q  N5 d! W5 j0 n' H
解決EMI問題從源頭考慮進行濾波,效果更好,如開關(guān)電源,從端口進行傳導(dǎo)濾波。設(shè)計濾波時,需要針對傳導(dǎo)干擾的特性,有針對性進行濾波器件選擇。并且遵循電容靠近高阻,電感靠近低阻的原則,才能獲取較好的濾波效果。通常在傳導(dǎo)測試中,首先分析干擾性質(zhì),通常低頻超標的濾波方案,主要電容和PI濾波電路,也可以考慮差模電感,在開關(guān)電源設(shè)計前需要增加差模濾波電路。
& b' m7 ]# j) {, U; z下面介紹數(shù)字IC電源、時鐘、接口相關(guān)的濾波設(shè)計1 數(shù)字電源濾波9 Y. W& Q, |6 a3 M7 a
本文的數(shù)字電源特指給數(shù)字芯?供電的電源,通常把較高的電壓降低到1.8V/3.3V等電壓。數(shù)字電源往往電壓?較低,并且電源引腳較多,因此?般使?電容濾波。電容濾波?/?容值配合使?,?電容儲電(uF級別),?電容?頻濾波,每個電源管腳?個,容值由濾波頻率決定(?般?頻取1nF、100pF,低頻0.1uF)。儲能電容與高頻電容配合使用,下圖中間波?是反諧振點,由電路寄生電容&電感諧振導(dǎo)致,此頻率附近的濾波效果最差,如果造成了影響,就需要考慮增加該頻率附近的電容。% u. T1 D) r( ?. Q. P% V7 x( |

2 c6 I7 f; G6 b- g( j: V' r6 `6 l, R在數(shù)字系統(tǒng)中,電源分配系統(tǒng)(PDS,Power Distribution System)的質(zhì)量直接影響著信號的質(zhì)量。電源噪聲表現(xiàn)為同步開關(guān)噪聲(SSN)地電彈噪聲(GroundBounce)回流噪聲等,它直接影響著系統(tǒng)的噪聲容限和信號的時序。 電源分配系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵是控制電源的目標阻抗。設(shè)計主要考慮的問題有:PCB 疊層方案、濾波電容的選擇和放置、電源分割、連接器的選擇等等。PCB 板上的電源分配系統(tǒng)由電源模塊、電源地平面、各種電容組成。它們分別在不同的頻率范圍內(nèi)作出響應(yīng): 電源模塊響應(yīng)的頻率范圍大約是從直流到 kHz; 大的電解電容提供電流并在 kHz 到 MHz 的范圍內(nèi)保持較低阻抗; 高頻陶瓷電容MHz 到百 MHz 的頻率范圍內(nèi)保持較低阻抗; PCB 板上的電源地平面對則在 100MHz 以上發(fā)揮重要作用; ; b7 Y; r* C5 i9 D8 r: f
* a: ?$ @; L% S1 N! e
尺寸小的電容 (如 0603 封裝)寄生電感較小,容值也小,因而其諧振頻率較高,在高頻情況下阻抗較低,常被用來減小 EMI 和回流噪聲。尺寸較大的電容(如電解電容),可以提供比較大的電流,然而其諧振頻率不高,這使得它的應(yīng)用受到很多限制。 為了得到比較大的電容和較高的諧振頻率,可以把幾個小電容并聯(lián)在一起 (N 個電容并聯(lián)后,其容值為 NxC,電感為 L/N,諧振頻率不變,ESR 減小為 R/N)。
% g1 Q/ V! e2 a  h) x$ b9 I8 C案例:SDRAM電源濾波不?,EMI測試不通過。某產(chǎn)品進行歐洲 CE 認證,EN55022 空間輻射項目測試超標,導(dǎo)致產(chǎn)品不能認證上市。分析頻譜發(fā)現(xiàn)主要是240、360、480、600、720MHz超標,超標頻率是120M的倍頻。?擾源:數(shù)字電路時鐘(SDRAM 120MHz)。耦合路徑:外接線纜(主要通過電源或地耦合)、PCB?線環(huán)路。3 y* b4 I0 o! t- `; K1 a4 \) p
' u8 ]: W1 H8 h' X) \: Q( d
    解決問題的主要思路是降低干擾源影響,同時在接口增加濾波電路,減弱耦合途徑的效率。 接口處理:接口是主要耦合路徑,因此信號端口需要進行濾波,主要是磁珠 +電容方式,磁珠選取 600R/100M,電容選擇了 200PF。原理圖改進:SDRAM 時鐘是干擾源,在匹配電阻后增加了對地濾波電容,取 10PF 左右(根據(jù)干擾頻率決定)。同時增加電源管腳電容,容值取220pF。PCB 改進:SDRAM 與 CPU 接口連接走線跨分割,地環(huán)路面積大,改進后的電容靠近電源引腳放置,IC下方地平面完整。2 時鐘濾波設(shè)計
5 N# l) u8 v9 L1 [  d0 S, ]7 k時鐘信號也是干擾常見的源頭之一,下圖分別是時鐘信號對時域和頻域產(chǎn)?的影響:
% j4 H& P4 j3 Q) U) R8 H
; a3 T5 `  u$ A# E$ I
7 `9 c# z+ U- d/ k$ T9 O

0 p! K' Q3 \$ u. i+ m) i

9 C3 Z! w6 h) v% }) r' E" ]周期信號的傅里葉級數(shù)展開式為:
5 d6 d7 r7 M& M2 y" V" d& {; t* g; q% h; a& g
從公式中可以看到周期信號會有基頻的奇次諧波分量(如1 3 5 ...),這是因為偶次諧波剛好被0相乘了。但我們有時候也會看到偶次諧波,這往往是因為信號的上升/下降時間不一致,導(dǎo)致在頻譜中看到偶次諧波,下圖是利用LTspice完成的仿真對比。
2 Y' Q3 a$ [. v3 W
# F# |. T/ h( Y, k
6 V5 v. h7 u  G- _0 r* z4 H

' }  p2 K7 A) r0 }0 y$ }2 {% }& C

' F) E6 m4 K* E' m( u; ?* Y$ L' l    下圖是有源晶振濾波電路的一個簡單例子:" v, b! f: ?0 M* Q

& x9 x1 @0 j* H$ _晶振的供電使用了磁珠+電容的組合,輸出時鐘增加了RC濾波。電阻通常采取 22R/33R/47R,有些低頻時鐘可以用磁珠替代。電容根據(jù)時鐘頻率選取,頻率越高,電容值越小,一般100M 時鐘選取 5pf 電容濾波,50M 時鐘可以選取 22pf 電容濾波。 另外,建議設(shè)計時單板上 CLK 信號預(yù)留阻容濾波設(shè)計,最差情況是電容不焊接,電阻采取 0 歐姆替代。 3 接口濾波設(shè)計1 D  r7 m7 u7 ]; |  t
電子產(chǎn)品經(jīng)常通過電纜對外通信,但電纜往往帶來電磁兼容問題,主要原因是電纜可以傳導(dǎo)電磁干擾,同時可以作為天線,接收和發(fā)射電磁干擾。 電子產(chǎn)品的電纜長度從幾十厘米到幾公里不等,可以在特定的頻率進行發(fā)射與接收電磁干擾信號。 當天線的長度接近無線電信號波長的 1/4 時,天線的發(fā)射和接收轉(zhuǎn)換效率較高,受到的干擾也較大。 頻率和波長的關(guān)系(λ=c/f)如下:

% J& h$ Y; r9 ^* W* ~8 v8 _) f0 P" W1 W4 N' Z. r' d! v1 c

, ?+ B! i- V7 p# Y" B; J0 }; G
- z6 N( s6 t7 ~

4 R; k+ z& x" r# ?( @2 }電纜干擾定位: 當遇到產(chǎn)品 RE 測試超標問題時,直接拔掉電纜的方式是最方便快捷的。如果發(fā)現(xiàn)確實是電纜導(dǎo)致超標,可以嘗試在電纜上施加屏蔽接地等措施以外,另外在接口處采取濾波措施也是重要的手段。 1)針對內(nèi)部干擾,通過電容等方式形成干擾信號的低阻抗通路,阻止其跑到外部。
9 K4 \) e) z8 o' u" f9 |; B
* o: {; O: a! x2)針對外部干擾,一邊是使用磁珠形成高阻抗通路,一邊是將外部干擾通過機殼泄放到地,阻止其進入內(nèi)部,右圖是最完整的方案。

( Z& r: [; e# i- m5 t& S( X1 u3 e4 o, `- u0 ?+ W8 W6 ]) _0 d1 g

! S6 y0 K8 Q7 B0 L% k0 G, O# n0 l0 ^' k9 b/ E  X$ e1 D
# x6 b. f4 R  S- x, M+ f& v+ Y
通信接口一般分為非差分接口差分接口4 p( `5 G' `. G, w' A  U
非差分接口通過公共地回流,比如232、PS2、VGA信號,通常使用電容+磁珠+電容的方式進行濾波(高速時使用串阻代替磁珠),通常不使用共模電感。差分傳輸的特征是兩根線束傳輸信號,兩個信號振幅相同,相位相反,電流?向相反。典型的差分接?:485、CAN、HDMI、USB、LVDS、以太?等。通常采用共模電感濾波(例如USB、HDMI等都有專用的共模電感),中低速可以使用電容。備注:磁珠:確保對正常信號?作頻率的阻抗電感:濾波頻率KHz?100MHz,電感的額定電流通常會較?。
7 X5 g8 o; o; x
5 \9 f/ z8 k1 a: w  D

7 n# d( s$ h  \  W6 z
6 o: t3 H* o1 v2 A9 n聲明:
, ?1 o0 f1 H( x9 `7 e* ~聲明:文章整理于網(wǎng)絡(luò)。本號對所有原創(chuàng)、轉(zhuǎn)載文章的陳述與觀點均保持中立,推送文章僅供讀者學(xué)習(xí)和交流。文章、圖片等版權(quán)歸原作者享有,如有侵權(quán),聯(lián)系刪除。投稿/招聘/推廣/宣傳/技術(shù)咨詢 請加微信:woniu26a推薦閱讀▼
" q7 J/ V) @) V電路設(shè)計-電路分析
' \$ `1 e& ?6 p. q! Z- p3 tEMC相關(guān)文章2 B4 f5 T, d" C9 M7 y
電子元器件9 x: W8 c1 S0 D
后臺回復(fù)“加群”,管理員拉你加入同行技術(shù)交流群。
回復(fù)

使用道具 舉報

發(fā)表回復(fù)

您需要登錄后才可以回帖 登錄 | 立即注冊

本版積分規(guī)則

關(guān)閉

站長推薦上一條 /1 下一條


聯(lián)系客服 關(guān)注微信 下載APP 返回頂部 返回列表