如何提前知道EMC问题来进行EMC设计

出处:互联网 发布于:2019-09-23 13:40:58 | 133 次阅读

  EMC(Electromagnetic CompaTIbility)即电磁兼容。它是研究电磁干扰的一门技术。电磁干扰是我们周边电磁能量使电子设备的运行产生不应有的响应。EMC的技术目的在于使电气装置或系统在共同的电磁环境条件下,既不受电磁环境的影响,也不会给环境以干扰。
  EMC是业界的一个难点;文章介绍了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;给企业提供了对待EMC的建议;我们认为EMC改进要如诊治疾病一样对症施治;我们倡导坚持EMC规律,趁早考虑和解决EMC问题-进行EMC设计。
  下面我们认识以下EMC领域的三个要素和三个重要规律:
  一、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。
  如何提前知道EMC问题来进行EMC设计
  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。
  二、EMC三个重要规律
  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。
  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。
  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。
  三、结束语
  EMC问题三要素和了解EMC三个规律,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。
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关键词:EMC问题

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