2019年我在電源網的報告主題是《物聯網&智能設備:EMI的分析與設計技巧》IEC國際標準在對產品及設備進行傳導和發射的測量,并對產品產生傳導與輻射的值進行限制的目的是滿足無線電通信要求;不能對無線電通信產生干擾。對于物聯產品&設備系統本身就存在無線電通訊(WiFi & BLE)發射功率,接收靈敏度(EMS)問題;因此產品在向智能化、集成化、多功能化方向發展,在電磁兼容性能上也要有很高的要求(EMS和EMI測試均有相關要求)。
我們在如何選擇適當的EMC設計方案,對產品設計的成敗起到決定性作用。我對通用的工業及消費類產品的EMC思路提供參考。
1.相關的標準及判定標準
需要滿足的EMS、EMI項目及評判等級可參考圖1.

2.實驗測試分析
干擾通常分為持續干擾和瞬態干擾兩類。如廣播電臺、手機信號、基站等屬于持續干擾。由于開關切換,電機制動等造成電網的波動,此類干擾我們稱為瞬態干擾。圖1中瞬態干擾包含:浪涌SURGE,靜電ESD,電快速脈沖群EFT/B,電壓暫降、短時中斷和電壓變化DIPS;持續干擾包含:傳導敏感度CS,輻射敏感度RS。評判等級A所述的“性能不降低”,即干擾施加后,硬件無損害,干擾施加過程中無死機、復位、數據掉幀或誤碼率較高等問題,好像無干擾施加到產品一樣。通常持續性的干擾的評判等級均采用此評判等級。瞬態干擾為偶然性發生,且引起的電網干擾時間不長,故暫時性能降低,也就是評判等級B.
A.EMS試驗項目及干擾實質分析
浪涌SURGE:波形1.2/50us;8/20us,是一種脈沖寬度為幾十個μs的脈沖,是一種傳導性干擾,因其脈沖攜帶較強能量,故需要對所有功能端口做相應程度的防護,否則會引起內部電路元件的永久性硬損傷。
靜電ESD:波形上升沿為0.7-1ns,是一種脈沖寬度為幾十個ns的脈沖,因其峰值電壓范圍在數千至上萬伏,故脈沖也具有一定的能量,須在端口做防護。由于其上升沿很陡,故其攜帶的高頻諧波很豐富,可到幾百MHZ,所以靜電在儀表所有裸露的金屬部件(包含端子,螺釘等)進行接觸放電或孔縫(包含LED指示燈的開孔,各種散熱和觀察孔)時,或分別對水平耦合板和垂直耦合板間接放電時,均會在放電點瞬時形成一個高頻電場,通過空間對電路進行干擾,這種干擾是共模干擾。因此,靜電設計時應注意端口保護和空間高頻輻射場兩方面內容。
電快速脈沖群EFT/B:波形上升沿為5ns,波形為數個周期脈沖串的組合,能量很低。干擾的性質和靜電一樣是共模,干擾路徑既包括傳導也包含輻射。
傳導敏感度CS:共模干擾,干擾頻段從150KHZ到80MHZ。在進行項目試驗時,其干擾信號源至產品的線纜長度與干擾頻段(30MHZ)對應的波長λ的1/4比擬,故在施加干擾電壓的調制頻率超過30MHZ時,因趨膚效應,干擾信號主要以空間輻射方式出現(低于30MHZ時,主要還是以傳導方式干擾)。
輻射敏感度RS:共模干擾,干擾頻段從80MHZ到1GHZ。需注意:連接的線纜充當接收天線,干擾為電磁場的遠場。
EMI試驗項目及干擾實質分析:試驗包含傳導發射CE和輻射發射RE。
CE的頻段為150KHZ-30MHZ
RE的頻段為30MHZ-1GHZ
對于通用的物聯及智能產品,主要考察其內部電源(通常為開關電源)、晶振(包括有源晶振和無源晶振)等主要騷擾源通過天線(連接線及走線)形成的傳導和輻射,在設計時應注意對上述騷擾源的處理(在課題中我有分析)。
3.電磁兼容設計方法
A.電磁兼容設計的基本思路
出現EMC問題,必須有干擾源,耦合路徑及敏感設備三要素,缺少任何一個環節,均不能構成EMC問題。因此,針對EMC問題,其設計就是針對三要素中的一個或幾個采取技術措施,限制或消除其影響,基本思路可分為“堵”和“疏”兩類。
“堵”通過增加共模濾波器,采用光耦等隔離或線纜套磁環等方式增加共模阻抗;
“疏”就是通過電容形成高頻通路,將共模干擾引入阻抗更低的地(PE)或金屬殼體等等。好的EMC設計往往可以通過既“堵”又“疏”的方式,在成本增加不大的情況下,可獲得較好的EMC性能。
B.EMC解決手段
屏蔽&接地和濾波是EMC解決的三種方法。