在設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品時(shí)，電磁兼容性是所有工程師關(guān)心的問題，而產(chǎn)品法規(guī)通常要求遵守嚴(yán)格的EMC規(guī)則。什么是EMC，為什么它很重要，以及如何減少它？

什么是EMC？

EMC一詞代表電磁兼容性，它涉及到確保不同的電氣系統(tǒng)可以在同一環(huán)境中工作而不相互干擾。一般來說，當(dāng)一個(gè)電路在規(guī)定的極限（通常是法律規(guī)定的）下發(fā)射電磁輻射時(shí)，電磁兼容性就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了，而當(dāng)暴露在規(guī)定數(shù)量的電磁輻射下時(shí)，電磁兼容性不受影響。

為什么EMC很重要？

電磁兼容的主要目標(biāo)是確保電子電路在暴露于外部電磁輻射時(shí)正常工作，并確保相關(guān)電子電路不會(huì)發(fā)射“雜散”電磁輻射。為了更好地理解為什么這很重要。讓我們看一個(gè)非常著名的例子，其中沒有考慮到EMC；移動(dòng)信號(hào)。如果手機(jī)離揚(yáng)聲器足夠近，你有時(shí)會(huì)聽到著名的“Bip Bip Bip”。發(fā)生這種情況的原因是，盡管手機(jī)發(fā)送到手機(jī)發(fā)射塔的信號(hào)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于音頻電平，但它會(huì)以音頻頻率對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，揚(yáng)聲器可以檢測(cè)并放大這些信號(hào)。在這個(gè)例子中，揚(yáng)聲器容易受到來自移動(dòng)設(shè)備的雜散電磁輻射的影響，并且移動(dòng)設(shè)備產(chǎn)生的電磁輻射可以影響其他電路的性能。

因此，在電路設(shè)計(jì)中，電磁兼容是很重要的，以確保外部信號(hào)不會(huì)干擾電路的正常工作，并且該電路的工作不會(huì)影響其他電路。減少干擾的需求正是為什么世界上大多數(shù)市場(chǎng)都有關(guān)于一個(gè)電路可以發(fā)射多少輻射以及它需要能夠處理多少干擾的規(guī)定。因此，考慮EMC也很重要，因?yàn)槿绻粚?shí)施適當(dāng)?shù)腅MC控制，產(chǎn)品將無法銷售。

如何減少電磁輻射？

提高電路中的電磁兼容性是一項(xiàng)不小的壯舉，在試圖減少電磁輻射之前，必須充分了解電磁輻射的性質(zhì)。一般來說，有兩種方法可以使電磁輻射干擾設(shè)備：輻射和傳導(dǎo)。輻射發(fā)射是由電磁波（即無線電）引起的，而傳導(dǎo)發(fā)射是由來自干擾源的電信號(hào)耦合引起的（例如主電源的嗡嗡聲進(jìn)入揚(yáng)聲器）。防止外部干擾的方法對(duì)于保護(hù)外部設(shè)備免受產(chǎn)生的電磁干擾同樣有效。

雖然抗電磁兼容性很重要，但通常最好從發(fā)射開始，因?yàn)檫@通常是導(dǎo)致設(shè)備在產(chǎn)品測(cè)試階段出現(xiàn)故障的主要原因。一旦確定了發(fā)射源，就可以通過改變?cè)O(shè)計(jì)以減少發(fā)射源或在發(fā)射源到達(dá)外界之前采用吸收發(fā)射源的方法來消除發(fā)射源。

從源頭減少發(fā)射

現(xiàn)代電子產(chǎn)品的大部分發(fā)射都是以無線電波的形式出現(xiàn)的，而這些幾乎總是由高速開關(guān)電路引起的。常見的罪魁禍?zhǔn)装?a target="_blank">開關(guān)電源（SMP）、電機(jī)控制器、無線電電路、高速總線和I/O連接器。

高速電路經(jīng)常引起問題的原因是使用具有大轉(zhuǎn)換率的高頻方波（即從0到1的突然變化）。方波可以數(shù)學(xué)建模為無窮多個(gè)正弦波，奇次諧波的組合，這正是電磁世界產(chǎn)生的。當(dāng)一個(gè)信號(hào)從1切換到0時(shí)，會(huì)產(chǎn)生許多奇次諧波頻率的無線電發(fā)射，這些會(huì)對(duì)接收到這些信號(hào)的其他設(shè)備造成干擾。因此，可以通過降低轉(zhuǎn)換率（即使方波形狀更為梯形）來減少此類排放。

在許多情況下，發(fā)射可能來自開關(guān)噪聲（例如在開關(guān)電源中發(fā)現(xiàn)的那些）。在這些情況下，向電路中注入額外的信號(hào)，也可以防止這些部件產(chǎn)生噪聲。例如，在集成電路周圍放置去耦電容器，不僅有助于防止開關(guān)噪聲干擾正常工作，還能防止電源線的輻射。電阻器、電容器和電感器也可以用作I/O的濾波元件，既可以防止I/O連接器的排放泄漏，也可以防止排放物從I/O電纜逸出。

防止發(fā)射的另一種方法是確保PCB跡線的長度不是該跡線中信號(hào)頻率波長的倍數(shù)。電線中的交流電產(chǎn)生的無線電波的頻率與交流電的頻率相匹配；這就是天線的作用。但是為了使天線達(dá)到峰值效率，必須設(shè)計(jì)成天線的長度是所需頻率波長的倍數(shù)。因?yàn)樘炀€只不過是一段導(dǎo)線，PCB軌跡很容易變成天線。最好看一個(gè)例子來理解它是如何工作的。

跟蹤信號(hào)為2GA HZ。這個(gè)2GHz信號(hào)可以產(chǎn)生一個(gè)2GHz的無線電信號(hào)，其波長大約為15cm。因此，PCB跡線的長度應(yīng)小于15cm，而不是倍數(shù)（即7.5cm、1.5cm等）。

吸收發(fā)射源

有時(shí)發(fā)射源無法完全清除，因此在這種情況下，在發(fā)射無線信號(hào)到達(dá)外界之前，將其吸收要容易得多。這主要是使用法拉第籠來完成的，法拉第籠要么環(huán)繞著嘈雜的部件，要么是整個(gè)產(chǎn)品，屏蔽層通常接地（即內(nèi)部電路上的0伏）。

金屬屏蔽通常出現(xiàn)在直接焊接到PCB上的Wi-Fi和藍(lán)牙SOC上。金屬屏蔽層包圍著主集成電路及其支撐部件，通常焊接在地上。天線是一個(gè)PCB軌跡，它從金屬外殼延伸到電路板的一個(gè)區(qū)域，該區(qū)域的接地板被移除。

也可以使用PCB上的功率平面來吸收干擾信號(hào)。對(duì)于有兩層以上的電路板，最內(nèi)層的兩層通常用作電源平面（一層接地，另一層電源），這些可以有效地吸收雜散發(fā)射。最外層通常為信號(hào)預(yù)留，甚至這些層也會(huì)包括接地層。從那里，縫合通孔可用于環(huán)繞異常嘈雜的電路（如電源處理區(qū)域），這些縫合通孔有助于制造法拉第籠。

結(jié)論

EMC并不是一項(xiàng)容易完成的壯舉，本文僅簡單介紹了輻射的原因，以及如何進(jìn)行吸收。工程師在電路設(shè)計(jì)的各個(gè)階段都需要考慮電磁兼容性，而且在一個(gè)項(xiàng)目中考慮電磁兼容性越早，它就越容易開發(fā)。直到最后才考慮EMC的項(xiàng)目通常會(huì)導(dǎo)致完全的重新設(shè)計(jì)，這會(huì)耗費(fèi)時(shí)間和金錢。
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