EMC设计的经验分享

　　那么，什么是EMC设计？

　　首先，EMC设计审核并不是一个完整的评论，相反，它侧重于特定的EMC问题，它没有解决其他问题，如可靠性，热量，功率，重量等，最好留给更正式的评论。

　　根据产品的不同，EMC设计审查可以解决电路板问题，机械问题或系统级问题。同时，它还涉及需求（法规和/或威胁），约束（成本，数量等）和设计策略。

　　什么是EMC设计审核的最佳时间？

　　对于大多数项目，EMC设计审查的理想时间是在最初的电气和机械设计阶段，对于电路板，很好的时间是电路板布局完成，第一件艺术品准备就绪，在这个阶段，设计通常足够坚实，可以提出建议，但流动性足以做出改变。

　　在某些情况下，您可能希望在早期概念阶段考虑EMC问题，在处理包装问题（例如布线和屏蔽）时，这尤其有用，在考虑连接器布局或总线或I/O设计时，这可以扩展到电路板。

　　大多数EMC审核可在一天或更短时间内完成，对于简单的系统或单个电路板，即使几个小时也可能就足够了，但是不要自己做这一切，多和同事一起讨论这些问题，通常向其他人解释设计的方法能跟快解决问题。

　　在进入设计评估之前，必须完成四项初步任务，如下所示：

　　1.识别和评估EMC威胁-典型威胁包括来自附近发射器的射频（RF）能量，来自人或其他来源的静电放电（ESD），电源干扰以及传导/辐射发射（可能对其他电子设备产生不利影响）。

　　这些通常被指定为测试要求，但您可能需要根据实际预期环境对其进行修改，例如，在对医疗器械的一次审查中，我们询问它是否将用于陆地和空中救护车。如果答案是肯定的，原来的办公室/家庭要求被认为是不合适的。

　　顺便提一下，该制造商最终开发了两个产品系列，救护车产品的硬化程度高于家庭/办公室产品，并以高价出售。什么可能导致一些棘手的EMC问题产生额外的利润，同时抢先解决意外的客户问题（良好工程的一个例子！）。

　　2.确定影响或受这些威胁影响的关键电路或组件-数字电路（特别是复位和控制电路）非常容易受到尖峰和瞬变的影响，而模拟电路非常容易受到RF影响。数字时钟（和其他高度重复的信号源）是丰富的辐射发射源。电源电路易受电源干扰，也可能导致传导发射。

　　3.确定可能影响EMC设计决策的其他设计约束-包括成本，数量，重量，空间和不合规成本（CONC），顺便提一下，在成本非常敏感的情况下，我们经常提倡设计就地固定器（例如电容器的焊盘），以后可以根据需要使用EMC组件进行填充。不要忽视后者-作为工程师，我们总是需要一个后备计划。

　　4.确定适当的EMC设计功能-这就是设计乐趣的开始。电路板是一个理想的起点。毕竟，所有电磁干扰EMC问题最终都会在电路中开始和结束。当然，如果您不设计电路板，您将在系统级别工作。这可能包括机械问题（屏蔽）以及电缆，连接器，电源和接地。许多（但不是全部）防御项目属于后一类。

　　以下是检查电路板的十个关键点：

　　1.时钟电路-这些是高频辐射发射的主要来源，另外，检查任何高度重复的类似时钟的电路。一些存储器控制和总线控制信号属于这一类。

　　设计建议包括：

　　a、Vcc的高频去耦（串联铁氧体提供更多保护）

　　b、时钟输出串联电阻（典型值10-33欧姆）

　　c、位于振荡器附近的晶体或谐振器

　　2.复位/中断/控制电路-瑞典非常容易受到ESD，EFT和瞬态的影响，中断和控制（读/写）也很容易受到攻击。机械开关的外部复位线非常脆弱。

　　设计建议包括：

　　a、复位Vcc，参考和输出的高频去耦，走线长度超过两英寸走线长度，考虑使用串联铁氧体进行额外保护。

　　b、易受攻击的中断/控制电路所需的类似修复

　　3.模拟电路-非常容易受到RF能量的影响。此外，寄生振荡可能导致不必要的辐射发射。

　　设计建议包括：

　　a、Vcc的高频去耦

　　b、电路输入和输出的高频滤波（典型值为1000pF）

　　c、所有模拟传感器都有类似保护

　　4.电压调节器-像模拟电路一样，它们也容易受到RF的影响，由于元件带宽增加，寄生振荡现在在VHF/UHF频率范围内很常见。

　　设计建议包括：

　　a、Vcc的高频去耦

　　b、输入和输出引脚直接高频去耦至芯片中性引脚（典型值为1000pF）。强烈建议防止那些讨厌的寄生振荡。

　　5.射频发射器和接收器-这些电路带来了一系列全新的潜在EMC问题，板载接收器可能被数字谐波干扰或消失（GPS接收器极易受到攻击），板载发射器可能会堵塞附近的模拟电路。多个无线电可能导致互调和交叉调制问题。

　　设计建议包括：

　　a、保护接收器输入（可能需要特殊设计）。

　　b、RF模块的内部屏蔽

　　c、时钟管理（避免接收器输入上的谐波）。

　　d、检查天线位置和电缆布线。

　　e、DSP或其他软件技术也可能是必要的。

　　6.电路板叠加-良好的电路板结构对于良好的EMI控制至关重要，幸运的是，大多数修复都是免费的。

　　设计建议包括：

　　a、将每个信号层保持在相邻平面旁边。

　　b、保持相应的电源/接地层相邻。

　　c、保持对称叠加。

　　d、考虑外埋地层。

　　7.分裂平面-交叉切口和不匹配的平面可以严重抵消板上最好的EMI控制，修复这些问题后，我们已经看到了10倍的改进（20分贝），因此，首先要防止它们符合您的最佳利益。

　　设计建议包括：

　　a、检查高速走线，并在相邻平面的切口上进行“上下”布线。

　　b、请注意，如果高频能量潜入这些迹线，切割过程中的低速迹线也会导致问题。

　　c、始终将电源/接地层对齐为镜像。

　　8.平面规划和布线-组件的随机放置和随机跟踪路由可能导致EMC问题，有机会，自动路由器经常路由以最大化EMI（Murphy定律的变化）。

　　设计建议包括：

　　a、根据频率分离组件，将数字，音频，电源和RF电路组合在一起，而不是将它们全部集中在一起。也分开了痕迹。

　　b、注意关键迹线（时钟，复位，控制线）的布线。

　　c、避免将关键电路放置在I/O端口附近。

　　d、考虑手动布线关键走线以实现更好的EMC控制。

　　9.保护外围设备-由于电源和I/O连接到外部世界，因此需要特别注意。这从板级开始，也可以在系统级应用。

　　设计建议包括：

　　a、根据需要过滤和瞬态保护。至少，在所有电源输入端放置0.01uF电容。

　　b、注意外部I/O线路上的ESD保护。

　　10.接地-需要在电路板和系统级别解决的另一个问题，这可能是另一篇文章的主题，甚至是一本书。但是在董事会层面上有很多事情需要检查。

　　设计建议包括：

　　a、考虑数字，模拟和电源的单独接地路径。

　　b、多点接地连接是高速数字（和RF）电路的首选。

　　c、对于低电平/低频模拟电路，单点接地连接是首选。

　　d、混合接地（电容器和电感器）可用于混合技术。

　　e、请注意，额外的接地限制可能适用于恶劣环境，切勿违反安全接地以解决EMC问题。

　　系统级评审

　　在这个层面上，我们经常从外到内工作，专注于机械结构，接口（电源和信号）和系统接地，其中大部分假设屏蔽外壳，对于非屏蔽设备，必须在板级实现EMC设计目标。

　　1.机械-在这个级别，我们对EMC屏蔽性能感兴趣，因此，我们看看材料，机械接头（接缝/覆盖/通风）和不连续性（穿透和开口）。

　　设计建议包括：

　　a、检查材料，薄导电涂层（包括箔，涂料和电镀）对高频有效，但通常不适合工频磁场。在后者中，可能需要可渗透材料（钢或mu-金属）。

　　b、检查不连续性。超过两英寸的任何接缝对于高于300MHz的ESD或RF是有问题的。在1GHz，即使是1/2英寸也可能相当漏水。您可能需要用导电垫圈填充接缝。有关电缆穿透的信息，请参阅下一段。

　　2.接口-在这个级别，我们检查信号和功率及其连接。这包括内部电缆布局和布线。

　　设计建议包括：

　　a、对于信号接口，请使用隔板连接器作为屏蔽电缆。过滤后的连接器甚至更好。没有洞。将电缆穿过外壳中的孔可以完全破坏高频下的EMC屏蔽。我们已经看到它发生了太多次。

　　b、对于电源接口，隔板过滤器在穿透点处是优选的。如果使用内部模块化过滤器，则必须尽可能靠近穿透点放置。

　　c、外部电缆-如果可能，检查配套电缆。连接器是关注的关键领域。电缆与连接器的完全圆周结合是优选的。如果它泄漏出外部电缆或连接器，那么您在盒子级别的所有努力都是徒劳的。

　　3.系统接地-大多数EMC接地问题都在电路级的包装盒内解决，这里主要关注的是不违反系统接地方法，特别是安全接地。