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電子產品設備的EMI輻射理論和解決思路

2020-04-08

EMI的模型:

騷擾信號源傳遞到產品中的等效天線模型,然后傳遞發射出去產生EMI輻射Data!

1)電流不要流過等效天線模型,則沒有EMI的輻射問題;

2)電路中導體的所有電位都等電位的時候,就沒有電流存在了;

EMI的基本理論:

輻射的一個重要基本概念是:電流導致輻射,而非電壓;

1.差模電流的磁場主要集中在差模電流構成的回路面積之內,

而回路面積之外的磁力線會相互抵消;

2.共模電流的磁場,在回路面積之外,

共模電流產生的磁場方向相同,磁場強度反而加強!

問題點:共模電流不能在RF返回路徑中進行磁力線的抵消!

我的理論:

A.所有的等電位的導體都能互連在一起,能連的都連上;不能連的用電容連上,電容連接就是濾波的方法!

B.所有的EMI的輻射問題都是共模輻射!共模的場輻射怎么出來?一定是騷擾信號源傳遞到了一個等效的天線模型上;而不是騷擾信號源直接飛出去!!

我的EMI的基本思路:

是讓輻射源不要流過這個等效的天線模型或者流過的等效的環路路徑最短/等效的回路面積最小化!

產品設計中的幾個經常遇到設計方案問題

電子產品中的散熱器問題分析一:

產品散熱器的EMI輻射問題,散熱器的接地理論分析!復雜產品散熱器的體積越來越大,散熱器的長度可以比擬這個輻射的波長;散熱器容易變成輻射天線!

注意:EMI的輻射大都是遠場的共模輻射!遠場的輻射怎么出來?一定是騷擾信號源傳遞到了一個等效的天線模型上;而不是騷擾信號源直接飛出去的!!

處理方法:是讓輻射源不要流過這個等效天線!

散熱器成為等效天線,那簡單的方法是要電流不能流過散熱器;當散熱器的電位與系統的工作地電位等電位;即將散熱器連接到地對應的器件(IC)的GND讓電流不流過散熱器,因此就不會出現散熱器的EMI輻射問題!!

電子產品中的接口連接線分析二:
25MHZ晶振工作的通訊連接(比如以太網;HDMI接口;LVDS數據線)產生125MHZ 和375MHZ的EMI-輻射超標;產品結構打上3mm的螺絲孔就沒有輻射超標(螺絲沒有接地)

以太網的輻射部分是由線纜引起的;它并不是說系統里面的25MHZ的時鐘信號直接出去的!25MHZ及其諧波通過一定的傳遞路徑,傳遞到以太網的信號線上;信號線上的電流大小決定了輻射的大小;可以確定的是鎖螺絲孔的過程就改變了它的電流傳遞的路徑;通過鎖螺絲孔接地的方式改變了原來流過電纜上的電流!如果這個螺釘孔跟外殼有關的話就會是這個原因;而不是結構的封閉與不封閉的問題!

再進一步假設:螺絲并不是接地的!25MHZ、125MHZ/375MHZ高頻輻射信號能不能通過3mm的孔徑出去??

答案:不會!打螺釘拆掉就不過125MHZ/375MH的EMI的輻射問題,螺絲孔打上就能過了;這只能證明和這個孔有關,不能證明是從這個孔出去的!

我的EMI理論模型:騷擾源信號要傳遞到產品中的等效天線然后再輻射出去!!

電子產品中的雙面板PCB布線鋪地的分析三:

雙面板PCB系統鋪地的理論和分析;鋪地對EMI有什么影響?

鋪地好的方面:

注意信號線的PCB板邊緣的走線 如果鋪地;這個信號線對外的信號耦合就減小了;PCB鋪銅地在PCB板的邊緣的地方就要有;鋪銅鋪在信號線之間,它就能降低信號間的串擾,串擾中的EMI輻射是跟它間接的關系的!如果兩個都能達到或者做到了EMI效果就會好!鋪地不是每個地方按面積來數的,地要有目標的去鋪設才是有好的作用的!

我的觀點:PCB有鋪銅的條件,且這個鋪銅是有作用的,如果能提升EMI的性能;可建議采用PCB鋪地銅的法則!

注意點:

在這個設計上要鋪地就要保證信號的鋪地平面與系統的參考地電位的阻抗要足夠小;否則這個鋪地就會對輻射干擾或抗輻射干擾都會有影響!

系統分布參數影響的電磁場環路分析!我用下面的等效來分析:

共模電流通過布局布線流經系統的信號線連接線及電纜等,其中>30MHZ以上 為輻射發射的天線接收;即共模輻射在空間產生電磁場,此時被輻射騷擾測試接收天線接收后,那么就形成了產品對外的輻射騷擾

總結:

輻射的一個重要基本概念是:電流導致輻射,而非電壓;

所有的等電位的導體都能互連在一起,能連的都連上;不能連的用電容連上,電容連接就是濾波的方法!要讓輻射源不要流過這個等效的天線模型!或者人為設定規定的等效路徑!(阿杜老師的設計技巧)

后面我再將工作中的電子產品的EMI輻射問題設計技巧推薦給大家!

2018年12月還有兩場的研討會;我將設計技巧進行分享!

更多應用及技術交流;請關注公眾號

《電子產品&設備:EMI的分析設計技巧》

2018年12月我在天津& 常州有兩場和大家相約!我們不見不散!!

請相關區域的朋友們幫忙轉發轉告一下;為我們中國半導體芯加速!

更多應用細節& EMC知識請進行交流!

任何的EMC問題及疑難雜癥;先分析再設計才是高性價比的設計!

實際應用中電子產品的EMC涉及面比較廣;我的系統理論及課程再對電子設計師遇到的實際問題 進行實戰分析!先分析再設計;實現性價比最優化原則!

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