赛盛EMC培训笔记(1)

EMC的概念
  EMC=EMS+EMI
  EMC:electromagnetic compatibility--电磁兼容性
  EMI:electromagnetic interference--电磁干扰，主要表现为设备对外的辐射和传导干扰
  EMS:electromagnetic susceptibility--电磁敏感度，主要说明设备的抗干扰能力

EMC中的传导途径
  电磁干扰可以通过无线辐射和电缆传导的方式发生。根据EMC发生的途径我们可以进行针对性的进行保护，对于主要是电缆引入的干扰。（也分为辐射和传导两种，因为电缆对于高频信号也相当于天线）当传导为主要干扰方式时我们可以在电缆输入或者输出(EMS为在电缆输入时，EMI为在电缆输出时)增加滤波电路来隔断干扰；对于辐射干扰除了在电缆端子增加滤波电路外还可以用屏蔽电缆替代普通电缆进行抗干扰保护。

常见EMC干扰类型
  电源快速瞬变干扰，EMC检测标准中用快速脉冲群(EFT)实验来模拟该干扰类型。该干扰主要用于模拟来自大型感性负载通断对电源系统的影响，典型设备为电动机工作。
  雷击干扰，EMC检测标准中用浪涌实验来模拟该干扰类型。
  人体静电或者设备静电干扰，EMC检测标准用静电(ESD)实验来模拟这种干扰类型。
  无线电射频干扰(该项相关标准我目前还不知道)，该干扰类型主要模拟自然界存在的无线电磁波，以及手机基站发出的电磁波对设备的影响。
  电压跌落于中断

EMC问题的解决途径
  EMC问题都离不开三个关键因素，因此我们可以通过分析者三个关键因素对问题进行分解，并通过这三个方面来从多角度解决问题。三因素为：
  1.干扰源--顾名思义干扰源是干扰的源头，当我们能够确定发出干扰的设备或者器件我们就可以通过修改电路或者更换芯片等途径从源头上降低干扰。
  2.耦合途径，耦合途径是指干扰传播的方式，具体上讲就是前文已经介绍过的传导和辐射。
  3.敏感设备，在一个系统中干扰源和敏感设备是配对出现的也是相对的，当干扰源和耦合设备无法改变时我们可以改善敏感设备的敏感度来使系统能够正常工作。典型例子为在电磁兼容检测过程中，根据规范干扰源耦合途径是无法改变的，因此只能改变我们设备的敏感度来达到抗干扰的目的。

辐射发射问题的定位和整改
  辐射按照类型可以分为差模辐射和共模辐射。
  通常我们把没有环路的辐射称之为差模辐射，该辐射对应的物理模型为棒天线模型，如图1所示。

图1 棒天线模型

  棒天线模型表现为发射电路没有明显的环路产生，信号发射靠天线上的充电放电过程完成，该充电放电过程又是通过其和天线和地之间的电荷变化来表现。棒天线模型一般可以套用在设备的电缆辐射上。对于共模辐射，通用的处理方式是在等效“天线”的端点串接磁珠或者电感增加天线对信号的阻抗，同时可以在该端点并联电容到地将该辐射信号导入地以降低传至“天线”的电流以减少棒天线辐射。
  差模辐射和棒天线刚好相反，差模辐射是由环路构成的辐射。差模辐射可以简单的用环天线模型来等效，如图2所示。

 

 

图2 环天线模型

 

    电路中可以用环天线模型等效的是高速信号线地之间形成的回路。由于环天线对外辐射和环天线构成的面积成正比，对于这样的回路我们应该尽量减少环路的面积以降低设备的对外辐射。

解决EMI问题的一般步骤
  1.从三方面定位问题的原因，电缆辐射导致超标；结构屏蔽不良；单板导致超标。根据定位进行相应修改。
  2.经验定位，EMI问题如果超标部分是一个较平坦的范围则一般是电源导致，如果超标部分知识一个很小的频段则一般是时钟导致。如图3所示

 图3 电源和时钟导致辐射超标的样例

处理EMI问题的一般方法
  1.减少差模信号的环路面积，该方法可以用于降低设备自身对外的辐射(EMI),同时也降低对外界辐射的敏感度。
  2.减小共模信号的回路路径，该方法也能够降低共模辐射。
  3.加大工模阻抗，以减少高频噪声外泄或者引入
  4.增大干扰源和敏感电路的距离。典型的干扰源有晶振，开关电源模块，继电器，马达等。

EMI问题分析样例
假设存在一个系统，系统时钟25M，该系统用232和外部设备通信，设备包装为全金属外壳包装。检测发现该系统232电缆辐射超标，超标频率为125M。系统结构如图4所示：

图4 系统及检测示意图

  图4为系统以及检测示意图，检测发现232连接器电缆辐射超标，根据这个表象我们可以直接将传输线用同轴线或者其他屏蔽电缆替代者必将能够解决线辐射超标的问题。但是在某些情况下条件不允许更换为同轴线电缆，例如现场应用232线采用485方式传输，传输距离达数公里。这样的情况下处于成本考虑将无法使用屏蔽电缆。
  不能用屏蔽电缆时我们可以让高频信号不传输到232传输线上，于是就可以采用接口滤波的方案。在连接器处增加滤波器滤除该频率信号。通用的简单滤波器为一个磁珠加一个电容构成类似于RC滤波的电路结构。磁珠需要根据辐射频率选择在该频点上阻抗较高的型号，电容选择原则也一样，但是选择电容时需要考虑不能滤除本应该传输的信号。如果简单滤波电路无法解决可以考虑采用专用滤波电路串接在接口上。
  当滤波电路都不能很好的解决问题的时候我们还可以从辐射源头来分析，此时有几种可能：
  1.辐射频率为125M，刚好是系统时钟的5倍频。一般认为是时钟导致的问题，而时钟频率耦合到传输线上的方式只能通过机壳内部耦合（因为机壳为全金属壳，屏蔽效果较好）首先一种可能就是时钟信号通过晶振直接辐射到了232接口信号和连接器相连的线路，此时我们可以采用的处理方式是a.缩短该段线路的距离；b.将该段线路改为屏蔽线
  2.另外一种耦合方式是晶振电源和232接口芯片为同一电源，125M频率信号通过电源反馈到VCC，然后由VCC传输到232接口芯片，这种方式我们可以对晶振的电源电路进行滤波处理，一般也是加磁珠和电容，同时对232输入电源加电源滤波解决。