EMC設計經典24問?

1、為什麼要對產品做電磁兼容設計?

答:滿足產品功能要求、減少調試時間,使產品滿足電磁兼容標準的要求,使產品不會對系統中的

其它設備產生電磁干擾。

2、對產品做電磁兼容設計可以從哪幾個方面進行?

答:電路設計(包括器件選擇)、軟件設計、線路板設計、屏蔽結構、信號線/電源線濾波、電路的

接地方式設計。

EMI/EMC設計經典24問?

Engineers checking a bilog antenna for


3、在電磁兼容領域,為什麼總是用分貝(dB)的單位描述?

答:因為要描述的幅度和頻率範圍都很寬,在圖形上用對數座標更容易表示,而dB 就是用對數表示

時的單位。

4、 關於EMC,我瞭解的不多,但是現在電路設計中數據傳輸的速率越來越快,我在製做PCB板的時候,也遇到了一些PCB的EMC問題,但是覺得太潛。我想好好在這方面學習學習,並不是隨大流,大家學什麼我就學什麼,是自己真的覺得EMC在今後的電路設計中的重要性越來越大,就像我在前面說的,自己瞭解不深,不知道怎麼入手,想問問,要在EMC方面做的比較出色,需要有哪些基礎知識,應該學習哪些基礎課程。如何學習才是一條比較好的道路,我知道任何一門學問學好都不容易,也不曾想過短期內把他搞通,只是希望給點建議,儘量少走一些彎路。

答:關於EMC需要首先了解一下EMC方面的標準,如EN{{55022:0}}(GB9254),EN{{55024:0}},以及簡單測試原理,另外需要了解EMI元器件的使用,如電容,磁珠,差模電感,共模電感等,在PCB層面需要了解PCB的佈局、層疊結構、高速佈線對EMC的影響以及一些規則。還有一點就是對出現EMC問題需要掌握一些分析與解決思路。這些今後是作為一個硬件人員必須掌握的基本知識!

5、我是一個剛涉足PCB設計的新手,我想向您請教一下,要想做好PCB設計我應該多多掌握哪方面的知識?另外,在PCB設計中遇到的關於安規方面的知識一般在哪裡能找到?盼望您的指點,不勝感激!

答:對於PCB設計應該掌握: 1、熟悉與掌握相關PCB設計軟件,如POWERPCB/CANDENCE等; 2、瞭解熟悉所設計產品的具體架構,同時熟悉原理圖電路知識,包含數字與模擬知識; 3、掌握PCB加工流程、工藝、可維護加工要求; 4、掌握PCB板高速信號完整性、電磁兼容(emi與ems)、SI、PI仿真設計等相關的知識; 5、 如果相關工作涉及射頻,還需掌握射頻知識; 6、對於PCB設計地的按規知識主要看GB4943或UL{{60950:0}},一般的絕緣間距要求通過查表可以得到!

6、電磁兼容設計基本原則

答:電子線路設計準則電子線路設計者往往只考慮產品的功能,而沒有將功能和電磁兼容性綜合考慮,因此產品在完成其功能的同時,也產生了大量的功能性騷擾及其它騷擾。而且,不能滿足敏感度要求。電子線路的電磁兼容性設計應從以下幾方面考慮:

元件選擇在大多數情況下,電路的基本元件滿足電磁特性的程度將決定著功能單元和最後的設備滿足電磁兼容性的程度。選擇合適的電磁元件的主要準則包括帶外特性和電路裝配技術。因為是否能實現電磁兼容性往往是由遠離基頻的元件響應特性來決定的。而在許多情況下,電路裝配又決定著帶外響應(例如引線長度)和不同電路元件之間互相耦合的程度。具體規則是:

⑴在高頻時,和引線型電容器相比,應優先進用引線電感小的穿心電容器或支座電容器來濾波。 ⑵在必須使用引線式電容時,應考慮引線電感對濾波效率的影響。 ⑶鋁電解電容器可能發生幾微秒的暫時性介質擊穿,因而在紋波很大或有瞬變電壓的電路里,應該使用固體電容器。 ⑷使用寄生電感和電容量小的電阻器。片狀電阻器可用於超高頻段。 ⑸大電感寄生電容大,為了提高低頻部分的插損,不要使用單節濾波器,而應該使用若干小電感組成的多節濾波器。 ⑹使用磁芯電感要注意飽和特性,特別要注意高電平脈衝會降低磁芯電感的電感量和在濾波器電路中的插損。 ⑺儘量使用屏蔽的繼電器並使屏蔽殼體接地。 ⑻選用有效地屏蔽、隔離的輸入變壓器。 ⑼用於敏感電路的電源變壓器應該有靜電屏蔽,屏蔽殼體和變壓器殼體都應接地。 ⑽設備內部的互連信號線必須使用屏蔽線,以防它們之間的騷擾耦合。 ⑾為使每個屏蔽體都與各自的插針相連,應選用插針足夠多的插頭座。

EMI/EMC設計經典24問?

高功率循環能量場


7、方波脈衝驅動電感傳感器的問題

答:1、信號測試過程中,儘量在屏蔽環境下進行,如果不便的話,至少要屏蔽傳感器和前級。 2、測試過程中儘量使用差分探頭,或至少要儘可能減短探頭的接地線長度。這樣能減少測試誤差。 3、你的電路實際工作頻率並不太高,可以通過佈線減少振鈴。為了噪聲特性更好,應當考慮共模信號的抑制問題,必要時插入共扼電抗器,同時注意整個工作環境中的開關電源噪聲,以及避免電源耦合。 4、如果傳感器允許,可以使用電流放大模式,這有利於提高速度,降低噪聲。模擬開關儘量放到前置放大器之後,儘管多了一路前放,但性能提高不少,而且降低調試難度。 5、如果十分介意波形,考慮額外的頻率補償。如果僅僅是數字檢測,則應當降低工作頻率。總而言之,能低頻則低頻,能隔直則隔直。 6、注意AD轉換前的抗混疊濾波,以及軟件濾波,提高數據穩定性。

8、GPS電磁干擾現象表現:尤其是GPS應用在PMP這種產品,功能是MP4、MP3、FM調頻+GPS導航功能的手持車載兩用的GPS終端產品,一定得有一個內置GPS Antenna,這樣GPS Antenna與GPS終端產品上的MCU、SDROM、晶振等元器件很容易產生EMI/EMC電磁干擾,致使GPS Antenna的收星能力下降很多,幾乎沒辦法正常定位。採取什麼樣的辦法可以解決這樣的EMI/EMC電磁干擾?

答:可以在上面加上ESD Filter,既有防靜電又能抗電磁干擾。我們的手機客戶帶GPS功能的就用的這個方法。做這些的廠家有泰克(瑞侃),佳邦,韓國ICT等等很多。

9、板子上幾乎所有的重要信號線都設計成差分線對,目的在增強信號抗干擾能力.那俺一直有很多困惑的地方: 1.是否差分信號只定義在仿真信號或數字信號或都有定義? 2.在實際的線路圖中差分線對上的網羅如濾波器,應如何分析其頻率響應,是否還是與分析一般的二端口網羅的方法一樣? 3.差分線對上承載的差分信號如何轉換成一般的信號? 差分線對上的信號波形是怎樣的,相互之間的關係如何?

答:1,差分信號只是使用兩根信號線傳輸一路信號,依靠信號間電壓差進行判決的電路,既可以是模擬信號,也可以是數字信號。實際的信號都是模擬信號,數字信號只是模擬信號用門限電平量化後的取樣結果。因此差分信號對於數字和模擬信號都可以定義。

2,差分信號的頻率響應,這個問題好。實際差分端口是一個四端口網絡,它存在差模和共模兩種分析方式。如下圖所示。在分析頻率相應的時候,要分別添加同極性的共模掃頻源和互為反極性的差模掃頻源。而相應端需要相應設置共模電壓測試點Vcm=(V1+V2)/2, 和差模電壓測試點Vdm=V1-V2。網絡上有很多關於差分信號阻抗計算和原理的文章,可以詳細瞭解一下。

3,差分信號通常進入差分驅動電路,放大後得到差分信號。最簡單的就是差分共射鏡像放大器電路了,這個在一般的模擬電路教材都有介紹。下圖是某差分放大器件的spice電路圖和輸出信號波形,一般需要他們完全反相,有足夠的電壓差大於差模電壓門限。當然信號不可避免有共模成分,所以差分放大器一個很重要的指標就是共模抑制比Kcmr=Adm/Acm。

10、我為單位的直流磁鋼電機設計了一塊調速電路,電源端以用0.33uf+夏普電視機電感+0.33uf後不理想,後用4只電感串在PCB板電源端,但在30~50MHz之間超了12db,該如何處理?

答:通常來講,LC或PI型濾波電路比單一的電容濾波或電感濾波效果要好。您所謂的電源端以用0.33uf+夏普電視機電感+0.33uf後不理想不知道是什麼意思?是輻射超標嗎?在什麼頻段?我猜測直流磁鋼電機供電迴路中,反饋噪聲幅度大,頻率較低,需要感值大一點的電感濾波,同時採用多級電容濾波,效果會好一些。

EMI/EMC設計經典24問?


11、最近正想搞個0--150M,增益不小於80 DB的寬帶放大器,!請問在EMC方面應該注意什麼問題呢?

答1:寬帶放大器設計時特別要注意低噪聲問題,比如要電源供給必須足夠穩定等。

答2:1. 注意輸入和數出的阻抗匹配問題,比如共基輸入射隨輸出等 2. 各級的退偶問題,包括高頻和低頻紋波等 3. 深度負反饋,以及防止自激振盪和環回自激等 4. 帶通濾波氣的設計問題

答3:實在不好回答,看不到實際的設計,一切建議還是老生常談:注意EMC的三要素,注意傳導和輻射路徑,注意電源分配和地彈噪聲。150MHz是模擬信號帶寬,數字信號的上升沿多快呢?如果轉折頻率也在150MHz以下,個人認為,傳導耦合,電源平面輻射將是主要考慮的因素,先做好電源的分配,分割和去耦電路吧。80dB,增益夠高的,做好前極小信號及其參考電源和地的隔離保護,儘量降低這個部分的電源阻抗。

12、求教小功率直流永磁電機設計中EMC的方法和事項。生產了一款90W的直流永磁電機(110~120V,轉速2000/分鐘)EMC一直超標,生產後先把16槽改24槽,有做了軸絕緣,未能達標!現在又要設計生產125W的電機,如何處理?

答:直流永磁電機設計中EMC問題,主要由於電機轉動中產生反電動勢和換相時引起的打火。具體分析,可以使用RMxpert來設計優化電機參數,Maxwell2D來仿真EMI實際輻射。

13、是否可用阻抗邊界(Impedance)方式設定?或者用類似的分層阻抗 RLC阻抗?又或者使用designer設計電路和hfss協同作業?

答:集中電阻可以用RLC邊界實現;如果是薄膜電阻,可以用面阻抗或阻抗編輯實現。

14、我現在在對外殼有一圈金屬裝飾件的機器做靜電測試,測試中遇到:接觸放電4k時32k晶振沒問題,空氣放電8k停振的問題,如何處理?

答:有金屬的話,空氣放電和接觸放電效果差不多,建議你在金屬支架上噴絕緣漆試試。

15、我們現在測量PCB電磁輻射很麻煩,採用的是頻譜儀加自制的近場探頭,先不說精度的問題,光是遇到大電壓的點都很頭疼,生怕頻譜儀受損。不知能否通過仿真的方法解決。

EMI/EMC設計經典24問?

Red and black wire


答:首先,EMI的測試包括近場探頭和遠場的輻射測試,任何仿真工具都不可能替代實際的測試;其次,Ansoft的PCB單板噪聲和輻射仿真工具SIwave和任意三維結構的高頻結構仿真器HFSS分別可以仿真單板和系統的近場和遠場輻射,以及在有限屏蔽環境下的EMI輻射。 仿真的有效性,取決於你對自己設計的EMI問題的考慮以及相應的軟件設置。例如:單板上差模還是共模輻射,電流源還是電壓源輻射等等。就我們的一些實踐和經驗,絕大多數的EMI問題都可以通過仿真分析解決,而且與實際測試比較,效果非常好。

16、聽說Ansoft的EMC工具一般仿真1GHz以上頻率的,我們板上頻率最高的時鐘線是主芯片到SDRAM的只有133MHz,其餘大部分的頻率都是KHz級別的。我們主要用Hyperlynx做的SI/PI設計,操作比較簡單,但是現在整板的EMC依舊超標,影響畫面質量。另外,你們的工具和Mentor PADS有接口嗎?

答:Ansoft的工具可以仿真從直流到幾十GHz以上頻率的信號,只是相對其它工具而言,1GHz以上的有損傳輸線模型更加精確。據我所知,HyperLynx主要是做SI和crosstalk的仿真,以及一點單根信號線的EMI輻射分析,目前還沒有PI分析的功能。影響單板的EMC的原因很多,解決信號完整性和串擾只是解決EMC的其中一方面,電源平面的噪聲,去耦策略,屏蔽方式,電流分佈路徑等都會影響到EMC指標。這些都可以再ansoft的SIwave工具中,通過仿真進行考察。補充說明,ansoft的工具與Mentor PADS有接口。

17、請說明一下什麼時候用分割底層來減少干擾,什麼時候用地層分區來減少干擾。

答:分割底層,我還沒聽說過,什麼意思?是否能舉個例子。 地層分割,主要是為了提高干擾源和被幹擾體之間的隔離度,如數模之間的隔離。當然分割也會帶來諸如跨分割等信號完整性問題,利用ansoft的SIwave可以方便的檢查任意點之間的隔離度。當然提高隔離度,還有其它辦法,分層、去耦、單點連接、都是辦法,具體應用的效果可以用軟件仿真。

18、電容跨接兩個不同的電源銅箔分區用作高頻信號的迴流路徑,眾所周知電容隔直流通交流,頻率越高電流越流暢,我的疑惑是現今接入PCB中的電平大都是經過慮除交流的,那麼如前所述電容通過的是什麼呢?"交流的信號"嗎?

答1:這個問題很有點玄妙,沒見過很服人的解釋。對於交流,理想的是,電源和地“短路”,然而實際上其間的阻抗不可能真的是 0 歐。你說的電容,容量不能太大,以體現出“低頻一點接地,搞頻多點接地”這一原則。這大概就是該電容的存在價值。經常遇到這樣的情況:2個各自帶有電源的部件連接後,產生了莫名其妙的干擾,用個瓷片電容跨在2個電源間,干擾就沒了。

答2:該電容是用來做穩壓和EMI用的,通過的是交流信號。“現今接入PCB中的電平大都是經過慮除交流的”的確如此,不過別忘了,數字電路本身就會產生交流信號而對電源造成干擾,當大量的開關管同時作用時,對電源造成的波動是非常大的。不過在實際中,這種電容主要是起到輔助的作用,用來提高系統的性能,其它地方設計的好的話,完全可以不要。

答3:交流即是變化的。對於所謂的直流電平,比如電源來說,由於佈線存在阻抗,當他的負載發生變化,對電源的需求就會變化,或大或小。這種情況下,“串聯”的佈線阻抗就會產生或大或小的壓降。於是,直流電源上就有了交流的信號。這個信號的頻率與負責變化的頻率有關。電容的作用在於,就近存儲一定的電荷能量,讓這種變化所需要的能量可以直接從電容處獲得。近似地,電容(這時可以看成電源啦)和負載之間好像就有了一條交流回路。電容起到交流回路的作用,大致就是這樣的吧……

19、公司新做了一款手機,在做3C認證時有一項輻射指標沒過,頻率為50-60M,超過了5dB,應該是充電器引起的,就加了幾個電容,其它的沒有,電容有1uF,100uF的。請問有沒有什麼好的解決方案(不改充電器只更改手機電路)。在手機板的充電器的輸入端加電容能解決嗎?

答1:電容大的加大,小的改小,串個BIT,不過是電池導致的可能性不是很大。

答2:你將變頻電感的外殼進行對地短接和屏蔽試試。

20、PCB設計如何避免高頻干擾?

答:避免高頻干擾的基本思路是儘量降低高頻信號電磁場的干擾,也就是所謂的串擾(Crosstalk)。可用拉大高速信號和模擬信號之間的距離,或加ground guard/shunt traces在模擬信號旁邊。還要注意數字地對模擬地的噪聲干擾。


21、PCB設計中如何解決高速佈線與EMI的衝突?

答:因EMI所加的電阻電容或ferrite bead, 不能造成信號的一些電氣特性不符合規範。 所以, 最好先用安排走線和PCB疊層的技巧來解決或減少EMI的問題, 如高速信號走內層。 最後才用電阻電容或ferrite bead的方式, 以降低對信號的傷害。

22、若干PCB組成系統,各板之間的地線應如何連接?

答:各個PCB板子相互連接之間的信號或電源在動作時,例如A板子有電源或信號送到B板子,一定會有等量的電流從地層流回到A板子 (此為Kirchoff current law)。這地層上的電流會找阻抗最小的地方流回去。所以,在各個不管是電源或信號相互連接的接口處,分配給地層的管腳數不能太少,以降低阻抗,這樣可以降低地層上的噪聲。另外,也可以分析整個電流環路,尤其是電流較大的部分,調整地層或地線的接法,來控制電流的走法(例如,在某處製造低阻抗,讓大部分的電流從這個地方走),降低對其它較敏感信號的影響。

23、PCB設計中差分信號線中間可否加地線?

答:差分信號中間一般是不能加地線。因為差分信號的應用原理最重要的一點便是利用差分信號間相互耦合(coupling)所帶來的好處,如flux cancellation,抗噪聲(noise immunity)能力等。若在中間加地線,便會破壞耦合效應。

24、適當選擇PCB與外殼接地的點的原則是什麼?

答:選擇PCB與外殼接地點選擇的原則是利用chassis ground提供低阻抗的路徑給迴流電流(returning current)及控制此迴流電流的路徑。例如,通常在高頻器件或時鐘產生器附近可以借固定用的螺絲將PCB的地層與chassis ground做連接,以儘量縮小整個電流回路面積,也就減少電磁輻射。


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