EMIEMC 设计经典 85问

EMI/EMC设计经典85问1、为什么要对产品做电磁兼容设计？答：满足产品功能要求、减少调试时间，使产品满足电磁兼容标准的要求，使产品不会对系统中的其它设备产生电磁干扰。2、对产品做电磁兼容设计可以从哪几个方面进行？答：电路设计（包括器件选择）、软件设计、线路板设计、屏蔽结构、信号线/电源线滤波、电路的接地方式设计。3、在电磁兼容领域，为什么总是用分贝（dB）的单位描述？答：因为要描述的幅度和频率范围都很宽，在图形上用对数坐标更容易表示，而dB就是用对数表示时的单位。4、关于EMC，我了解的不多，但是现在电路设计中数据传输的速率越来越快，我在制做PCB板的时候，也遇到了一些PCB的EMC问题，但是觉得太潜。我想好好在这方面学习学习，并不是随大流，大家学什么我就学什么，是自己真的觉得EMC在今后的电路设计中的重要性越来越大，就像我在前面说的，自己了解不深，不知道怎么入手，想问问，要在EMC方面做的比较出色，需要有哪些基础知识，应该学习哪些基础课程。如何学习才是一条比较好的道路，我知道任何一门学问学好都不容易，也不曾想过短期内把他搞通，只是希望给点建议，尽量少走一些弯路。答：关于EMC需要首先了解一下EMC方面的标准，如EN55022(GB9254)，EN55024，以及简单测试原理，另外需要了解EMI元器件的使用，如电容，磁珠，差模电感，共模电感等，在PCB层面需要了解PCB的布局、层叠结构、高速布线对EMC的影响以及一些规则。还有一点就是对出现EMC问题需要掌握一些分析与解决思路。这些今后是作为一个硬件人员必须掌握的基本知识！5、我是一个刚涉足PCB设计的新手，我想向您请教一下，要想做好PCB设计我应该多多掌握哪方面的知识?另外，在PCB设计中遇到的关于安规方面的知识一般在哪里能找到?盼望您的指点，不胜感激!答：对于PCB设计应该掌握：1、熟悉与掌握相关PCB设计软件，如POWERPCB/CANDENCE等；2、了解熟悉所设计产品的具体架构，同时熟悉原理图电路知识，包含数字与模拟知识；3、掌握PCB加工流程、工艺、可维护加工要求；4、掌握PCB板高速信号完整性、电磁兼容(emi与ems）、SI、PI仿真设计等相关的知识；5、如果相关工作涉及射频，还需掌握射频知识；6、对于PCB设计地的按规知识主要看GB4943或UL60950，一般的绝缘间距要求通过查表可以得到！6、电磁兼容设计基本原则答：电子线路设计准则电子线路设计者往往只考虑产品的功能，而没有将功能和电磁兼容性综合考虑，因此产品在完成其功能的同时，也产生了大量的功能性骚扰及其它骚扰。而且，不能满足敏感度要求。电子线路的电磁兼容性设计应从以下几方面考虑：元件选择在大多数情况下，电路的基本元件满足电磁特性的程度将决定着功能单元和最后的设备满足电磁兼容性的程度。选择合适的电磁元件的主要准则包括带外特性和电路装配技术。因为是否能实现电磁兼容性往往是由远离基频的元件响应特性来决定的。而在许多情况下，电路装配又决定着带外响应（例如引线长度）和不同电路元件之间互相耦合的程度。具体规则是：⑴在高频时，和引线型电容器相比，应优先进用引线电感小的穿心电容器或支座电容器来滤波。⑵在必须使用引线式电容时，应考虑引线电感对滤波效率的影响。⑶铝电解电容器可能发生几微秒的暂时性介质击穿，因而在纹波很大或有瞬变电压的电路里，应该使用固体电容器。⑷使用寄生电感和电容量小的电阻器。片状电阻器可用于超高频段。⑸大电感寄生电容大，为了提高低频部分的插损，不要使用单节滤波器，而应该使用若干小电感组成的多节滤波器。⑹使用磁芯电感要注意饱和特性，特别要注意高电平脉冲会降低磁芯电感的电感量和在滤波器电路中的插损。⑺尽量使用屏蔽的继电器并使屏蔽壳体接地。⑻选用有效地屏蔽、隔离的输入变压器。⑼用于敏感电路的电源变压器应该有静电屏蔽，屏蔽壳体和变压器壳体都应接地。⑽设备内部的互连信号线必须使用屏蔽线，以防它们之间的骚扰耦合。⑾为使每个屏蔽体都与各自的插针相连，应选用插针足够多的插头座。7、方波脉冲驱动电感传感器的问题答：1、信号测试过程中，尽量在屏蔽环境下进行，如果不便的话，至少要屏蔽传感器和前级。2、测试过程中尽量使用差分探头，或至少要尽可能减短探头的接地线长度。这样能减少测试误差。3、你的电路实际工作频率并不太高，可以通过布线减少振铃。为了噪声特性更好，应当考虑共模信号的抑制问题，必要时插入共扼电抗器，同时注意整个工作环境中的开关电源噪声，以及避免电源耦合。4、如果传感器允许，可以使用电流放大模式，这有利于提高速度，降低噪声。模拟开关尽量放到前置放大器之后，尽管多了一路前放，但性能提高不少，而且降低调试难度。5、如果十分介意波形，考虑额外的频率补偿。如果仅仅是数字检测，则应当降低工作频率。总而言之，能低频则低频，能隔直则隔直。6、注意AD转换前的抗混叠滤波，以及软件滤波，提高数据稳定性。8、GPS电磁干扰现象表现：尤其是GPS应用在PMP这种产品，功能是MP4、MP3、FM调频+GPS导航功能的手持车载两用的GPS终端产品，一定得有一个内置GPSAntenna，这样GPSAntenna与GPS终端产品上的MCU、SDROM、晶振等元器件很容易产生EMI/EMC电磁干扰，致使GPSAntenna的收星能力下降很多，几乎没办法正常定位。采取什么样的办法可以解决这样的EMI/EMC电磁干扰？答：可以在上面加上ESDFilter，既有防静电又能抗电磁干扰。我们的手机客户带GPS功能的就用的这个方法。做这些的厂家有泰克（瑞侃），佳邦，韩国ICT等等很多。9、板子上几乎所有的重要信号线都设计成差分线对，目的在增强信号抗干扰能力.那俺一直有很多困惑的地方:1.是否差分信号只定义在仿真信号或数字信号或都有定义?2.在实际的线路图中差分线对上的网罗如滤波器，应如何分析其频率响应，是否还是与分析一般的二端口网罗的方法一样?3.差分线对上承载的差分信号如何转换成一般的信号?差分线对上的信号波形是怎样的，相互之间的关系如何?答：1，差分信号只是使用两根信号线传输一路信号，依靠信号间电压差进行判决的电路，既可以是模拟信号，也可以是数字信号。实际的信号都是模拟信号，数字信号只是模拟信号用门限电平量化后的取样结果。因此差分信号对于数字和模拟信号都可以定义。2，差分信号的频率响应，这个问题好。实际差分端口是一个四端口网络，它存在差模和共模两种分析方式。如下图所示。在分析频率相应的时候，要分别添加同极性的共模扫频源和互为反极性的差模扫频源。而相应端需要相应设置共模电压测试点Vcm＝（V1＋V2）/2，和差模电压测试点Vdm=V1-V2。网络上有很多关于差分信号阻抗计算和原理的文章，可以详细了解一下。3，差分信号通常进入差分驱动电路，放大后得到差分信号。最简单的就是差分共射镜像放大器电路了，这个在一般的模拟电路教材都有介绍。下图是某差分放大器件的spice电路图和输出信号波形，一般需要他们完全反相，有足够的电压差大于差模电压门限。当然信号不可避免有共模成分，所以差分放大器一个很重要的指标就是共模抑制比Kcmr=Adm/Acm。10、我为单位的直流磁钢电机设计了一块调速电路，电源端以用0.33uf+夏普电视机电感+0.33uf后不理想，后用4只电感串在PCB板电源端，但在30~50MHz之间超了12db，该如何处理？答：通常来讲，LC或PI型滤波电路比单一的电容滤波或电感滤波效果要好。您所谓的电源端以用0.33uf+夏普电视机电感+0.33uf后不理想不知道是什么意思？是辐射超标吗？在什么频段？我猜测直流磁钢电机供电回路中，反馈噪声幅度大，频率较低，需要感值大一点的电感滤波，同时采用多级电容滤波，效果会好一些。11、最近正想搞个0--150M，增益不小于80DB的宽带放大器，!请问在EMC方面应该注意什么问题呢?答1：宽带放大器设计时特别要注意低噪声问题，比如要电源供给必须足够稳定等。答2：1.注意输入和数出的阻抗匹配问题，比如共基输入射随输出等2.各级的退偶问题，包括高频和低频纹波等3.深度负反馈，以及防止自激振荡和环回自激等4.带通滤波气的设计问题答3：实在不好回答，看不到实际的设计，一切建议还是老生常谈：注意EMC的三要素，注意传导和辐射路径，注意电源分配和地弹噪声。150MHz是模拟信号带宽，数字信号的上升沿多快呢？如果转折频率也在150MHz以下，个人认为，传导耦合，电源平面辐射将是主要考虑的因素，先做好电源的分配，分割和去耦电路吧。80dB，增益够高的，做好前极小信号及其参考电源和地的隔离保护，尽量降低这个部分的电源阻抗。12、求教小功率直流永磁电机设计中EMC的方法和事项。生产了一款90W的直流永磁电机(110~120V，转速2000/分钟)EMC一直超标，生产后先把16槽改24槽，有做了轴绝缘，未能达标!现在又要设计生产125W的电机，如何处理？答：直流永磁电机设计中EMC问题，主要由于电机转动中产生反电动势和换相时引起的打火。具体分析，可以使用RMxpert来设计优化电机参数，Maxwell2D来仿真EMI实际辐射。13、是否可用阻抗边界（Impedance）方式设定？或者用类似的分层阻抗RLC阻抗？又或者使用designer设计电路和hfss协同作业？答：集中电阻可以用RLC边界实现；如果是薄膜电阻，可以用面阻抗或阻抗编辑实现。14、我现在在对外壳有一圈金属装饰件的机器做静电测试，测试中遇到：接触放电4k时32k晶振没问题，空气放电8k停振的问题，如何处理？答：有金属的话，空气放电和接触放电效果差不多，建议你在金属支架上喷绝缘漆试试。15、我们现在测量PCB电磁辐射很麻烦，采用的是频谱仪加自制的近场探头，先不说精度的问题，光是遇到大电压的点都很头疼，生怕频谱仪受损。不知能否通过仿真的方法解决。答：首先，EMI的测试包括近场探头和远场的辐射测试，任何仿真工具都不可能替代实际的测试；其次，Ansoft的PCB单板噪声和辐射仿真工具SIwave和任意三维结构的高频结构仿真器HFSS分别可以仿真单板和系统的近场和远场辐射，以及在有限屏蔽环境下的EMI辐射。仿真的有效性，取决于你对自己设计的EMI问题的考虑以及相应的软件设置。例如：单板上差模还是共模辐射，电流源还是电压源辐射等等。就我们的一些实践和经验，绝大多数的EMI问题都可以通过仿真分析解决，而且与实际测试比较，效果非常好。16、听说Ansoft的EMC工具一般仿真1GHz以上频率的，我们板上频率最高的时钟线是主芯片到SDRAM的只有133MHz，其余大部分的频率都是KHz级别的。我们主要用Hyperlynx做的SI/PI设计，操作比较简单，但是现在整板的EMC依旧超标，影响画面质量。另外，你们的工具和MentorPADS有接口吗？答：Ansoft的工具可以仿真从直流到几十GHz以上频率的信号，只是相对其它工具而言，1GHz以上的有损传输线模型更加精确。据我所知，HyperLynx主要是做SI和crosstalk的仿真，以及一点单根信号线的EMI辐射分析，目前还没有PI分析的功能。影响单板的EMC的原因很多，解决信号完整性和串扰只是解决EMC的其中一方面，电源平面的噪声，去耦策略，屏蔽方式，电流分布路径等都会影响到EMC指标。这些都可以再ansoft的SIwave工具中，通过仿真进行考察。补充说明，ansoft的工具与MentorPADS有接口。17、请说明一下什么时候用分割底层来减少干扰，什么时候用地层分区来减少干扰。答：分割底层，我还没听说过，什么意思？是否能举个例子。地层分割，主要是为了提高干扰源和被干扰体之间的隔离度，如数模之间的隔离。当然分割也会带来诸如跨分割等信号完整性问题，利用ansoft的SIwave可以方便的检查任意点之间的隔离度。当然提高隔离度，还有其它办法，分层、去耦、单点连接、都是办法，具体应用的效果可以用软件仿真。18、电容跨接两个不同的电源铜箔分区用作高频信号的回流路径，众所周知电容隔直流通交流，频率越高电流越流畅，我的疑惑是现今接入PCB中的电平