EMI輻射設(shè)計(jì)理論和思路

01

EMI輻射的基本理論

EMI輻射的基本理論：

輻射的一個(gè)重要基本概念是：電流導(dǎo)致輻射，而非電壓；

A. 所有的等電位的導(dǎo)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的輻射問題都是遠(yuǎn)場(chǎng)的輻射！遠(yuǎn)場(chǎng)的輻射怎么出來？一定是騷擾信號(hào)源傳遞到了一個(gè)等效的天線模型上。由此建立等效的天線模型如下：

通過上面的電纜天線模型以及信號(hào)互聯(lián)的關(guān)鍵點(diǎn)： A.信號(hào)源（噪聲源）總是要返回其源頭，由上圖可知回路可能有許多不同的路徑； B.每條路徑上的電流幅值都不相同，這會(huì)與該路徑的阻抗有關(guān)； C.不希望某些電流在其中某條路徑上流動(dòng) 因此就需要在該路徑上采取措施！比如：在信號(hào)源（噪聲源）串聯(lián)阻抗（共模電感，磁珠等等），對(duì)地增加Y電容的設(shè)計(jì)；從而改變輻射天線的能量，如上計(jì)算公式。 騷擾信號(hào)源傳遞到產(chǎn)品中的等效天線，然后傳遞發(fā)射出去產(chǎn)生EMI輻射問題。 1）電流不要流過等效天線，則沒有EMI的輻射問題; 2）電路中導(dǎo)體的所有電位都等電位的時(shí)候，就沒有電流存在了； 通過上面的分析可以提供我們基本的設(shè)計(jì)思路。讓輻射源不要流過這個(gè)等效的天線模型或者流過的等效的環(huán)路路徑最短/等效的回流面積最小；優(yōu)化等效輻射阻抗Rr的電流值即減小輻射能量。

02

EMI輻射的模型分析

按照天線發(fā)射的模型分為：?jiǎn)螛O子天線模型，耦極子天線模型，環(huán)天線模型；其中單極子天線是耦極子天線的單極接地模型。我們還可以將模型簡(jiǎn)化；變成共模發(fā)射和差模發(fā)射模型，參考如下：

通過上面看到：

上面左圖是電磁波的輻射天線，它是在兩個(gè)導(dǎo)體之間有一個(gè)電壓，如果電壓是直流的，那么顯然，因?yàn)閮蓚€(gè)導(dǎo)體之間是開路的，那么導(dǎo)體上面便不會(huì)有電流。

如果上面的電壓是變化的，那么因?yàn)檫@兩個(gè)導(dǎo)體之間存在雜散電容（分布電容C），就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電流，這個(gè)電流是產(chǎn)生電磁波輻射的重要條件了。

上面右圖是一個(gè)環(huán)路天線，如果加到上面的電壓是直流電壓，這個(gè)電流只能產(chǎn)生一個(gè)靜磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)是沒有輻射的。

而如果加到上面的電壓是變化的電壓，那么會(huì)在上面產(chǎn)生交變的電流，由交變的電流產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，就會(huì)產(chǎn)生輻射。

在實(shí)際的產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用中我們系統(tǒng)的噪聲源基本是比較容易知道的，或者說比較容易判定；比如噪聲源A.開關(guān)電源系統(tǒng) B.時(shí)鐘及高頻信號(hào)源系統(tǒng)

通過上面的理論模型，將差模輻射和共模輻射電場(chǎng)能量進(jìn)行定義比值為K分析：

通過上面的數(shù)據(jù)可以提供設(shè)計(jì)思路：

當(dāng)噪聲電流的頻率f≥50MHZ 噪聲電流的回流面積A對(duì)輻射影響快速增大；

A.系統(tǒng)測(cè)試≥50MHZ輻射超標(biāo)時(shí)需要優(yōu)先優(yōu)化關(guān)鍵信號(hào)的回流面積

B.對(duì)于高頻時(shí)鐘需要保證時(shí)鐘信號(hào)的回流面積最小，減小差模輻射

C.對(duì)于低頻開關(guān)電源系統(tǒng)其輻射一般≤100MHZ；

因此需要優(yōu)化開關(guān)噪聲回路面積 同時(shí)降低高頻噪聲電流強(qiáng)度（在噪聲源端增加阻抗如磁珠等）；

對(duì)于時(shí)鐘系統(tǒng)及高頻信號(hào)系統(tǒng) 差模輻射及信號(hào)的回流面積是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵；

通過視頻可以看到：高頻線路&低頻開關(guān)電源線路PCB設(shè)計(jì)之布局布線策略！

電流怎么走？高頻電流走感抗最低的環(huán)路；而不是最近的路！高頻信號(hào)回流路徑通過鏡像回流！開關(guān)電源布局布線要選擇最小回路！對(duì)于高頻高速信號(hào)采用雙面板及多層板的鋪銅地架構(gòu)設(shè)計(jì)是要滿足關(guān)鍵信號(hào)的最小回流面積；對(duì)于開關(guān)電源系統(tǒng)的EMI輻射需要優(yōu)化開關(guān)噪聲回路面積 同時(shí)降低高頻噪聲電流強(qiáng)度的設(shè)計(jì)思路！