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电子产品&设备的EMI辐射理论和分析思路总结

发表于:2019-07-14 10:53 作者:新闻小编 来源:新闻小编

EMC设计在电子产品与电子设备中已经成为可靠性的重要组成部分,将越来越被重视!特别对于我们的工业消费类产品要求满足其相应的认证和出口要求,对应的国家政策也在不断完善。同时国际贸易的深化发展,EMC技术成为电子产品与电子设备的硬性指标!EMI传导的设计理论听过我培训及讲座的朋友们受益多多;EMI辐射的问题是难点!我将我的EMI辐射理论和分析思路总结分享!

EMI辐射的模型:

骚扰信号源传递到产品中的等效天线模型,然后传递发射出去产生EMI辐射Data!

1)电流不要流过等效天线模型,则没有EMI的辐射问题;

2)电路中导体的所有电位都等电位的时候,就没有电流存在了;

EMI辐射的基本理论:

辐射的一个重要基本概念是:电流导致辐射,而非电压;

1.差模电流的磁场主要集中在差模电流构成的回路面积之内,

而回路面积之外的磁力线会相互抵消;

2.共模电流的磁场,在回路面积之外,

共模电流产生的磁场方向相同,磁场强度反而加强!

问题点:共模电流不能在RF返回路径中进行磁力线的抵消!

同时共模电流的辐射能力,远大于差模电流的辐射能力!

我的理论:

A.所有的等电位的导体都能互连在一起,能连的都连上;不能连的用电容连上,电容连接就是滤波的方法!

B.所有的EMI的辐射问题都是共模辐射(共模电流)!共模的场辐射怎么出来?一定是骚扰信号源传递到了一个等效的天线模型上;天线模型对参考接地板的分布电容是分析问题的关键!骚扰信号源通过分布电容的耦极子天线即环天线路径形成发射超标!

我的EMI辐射的基本思路:

是让辐射源不要流过这个等效的天线模型或者流过的等效的环路路径最短/等效的共模回路路径最小化!

产品设计中的几个经常遇到设计方案问题

电子产品中的散热器问题分析一:

产品散热器的EMI辐射问题,散热器的接地理论分析!复杂产品散热器的体积越来越大,散热器的长度可以比拟这个辐射的波长;散热器容易变成辐射天线!

注意:EMI的辐射大都是远场的共模辐射!远场的辐射怎么出来?一定是骚扰信号源传递到了一个等效的天线模型上;而不是骚扰信号源直接飞出去的!!

处理方法:是让辐射源不要流过这个等效天线!

散热器成为等效天线,那简单的方法是要电流不能流过散热器;当散热器的电位与系统的工作地电位等电位;即将散热器连接到地对应的器件(IC)的GND让电流不流过散热器,因此就不会出现散热器的EMI辐射问题!!

电子产品中的接口连接线分析二:
25MHZ晶振工作的通讯连接(比如以太网;HDMI接口;LVDS数据线)产生125MHZ 和375MHZ的EMI-辐射超标;产品结构打上3mm的螺丝孔就没有辐射超标(螺丝没有接地)

以太网的辐射部分是由线缆引起的;它并不是说系统里面的25MHZ的时钟信号直接出去的!25MHZ及其谐波通过一定的传递路径,传递到以太网的信号线上;信号线上的电流大小决定了辐射的大小;可以确定的是锁螺丝孔的过程就改变了它的电流传递的路径;通过锁螺丝孔接地的方式改变了原来流过电缆上的电流!如果这个螺钉孔跟外壳有关的话就会是这个原因;而不是结构的封闭与不封闭的问题!

再进一步假设:螺丝并不是接地的!25MHZ、125MHZ/375MHZ高频辐射信号能不能通过3mm的孔径出去??

答案:不会!打螺钉拆掉就不过125MHZ/375MH的EMI的辐射问题,螺丝孔打上就能过了;这只能证明和这个孔有关,不能证明是从这个孔出去的!

我的EMI理论模型:骚扰源信号要传递到产品中的等效天线模型然后再辐射出去!分析辐射的问题,要分析辐射的等效天线模型的电流路径

本案例分析中:有工程师还想了解更多;我再将正解分析:

这个打螺丝钉的过程,实际上是改变了电路板对参考接地板分布电容的特性,改变了信号源由分布电容流过的共模电流路径;

注意:共模电流(我们的关键器件,关键走线及连接线等等对参考接地板是存在分布电容的)它是要回到我们的输入端的,当你打螺丝的时候,这个压接的过程就改变了那个分布电容流过的这个电流路径,所以表面上是把这个孔打了,实际上是改变了这个系统的分布电容(或分布电容特性)的共模电流路径!

电子产品中的双面板PCB布线铺地的分析三:

双面板PCB系统铺地的理论和分析;铺地对EMI有什么影响?

铺地好的方面:

注意信号线的PCB板边缘的走线 如果铺地;这个信号线对外的信号耦合就减小了;PCB铺铜地在PCB板的边缘的地方就要有;铺铜铺在信号线之间,它就能降低信号间的串扰,串扰中的EMI辐射是跟它间接的关系的!如果两个都能达到或者做到了 EMI效果就会好!铺地不是每个地方按面积来数的,地要有目标的去铺设才是有好的作用的!

我的观点:PCB有铺铜的条件,且这个铺铜是有作用的,如果能提升EMI的性能;可建议采用PCB铺地铜的法则!

注意点:

在这个设计上要铺地就要保证信号的铺地平面与系统的参考地电位的阻抗要足够小;否则这个铺地就会对辐射干扰或抗辐射干扰都会有影响!

系统分布参数影响的电磁场环路分析!我用下面的等效来分析:

共模电流通过布局布线流经系统的信号线连接线及电缆等,其中30MHZ以上 为辐射发射的天线接收;即共模辐射在空间产生电磁场,此时被辐射骚扰测试接收天线接收后,那么就形成了产品对外的辐射骚扰

EMI的传递路径:感性耦合;容性耦合;传导耦合;辐射耦合!

1.感性耦合路径问题

注意电路中的感性元器件:电感及 变压器器件等等;

2.容性耦合路径问题

注意电路中任意相近的两根电流导线都会存在分布电容耦合:临近PCB走线 及 关键走线连接线;散热器等等;

EMI辐射的分析要点(三要素)

阿杜老师的实践分析及成本最佳化思路的主体内容如下:

A.确认噪声源

B.了解噪声源的特性

C.确认噪声源的传递路径;

D.分析确认后成本最佳化设计;

从噪声的源头进行分析设计是我后期推荐大家的策略要点!

总结:

辐射的一个重要基本概念是:电流导致辐射,而非电压;

所有的等电位的导体都能互连在一起,能连的都连上;不能连的用电容连上,电容连接就是滤波的方法!要让辐射源不要流过这个等效的天线模型!或者人为设定规定的等效路径!(阿杜老师的设计技巧)

作者:杜佐兵

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