產(chǎn)品開發(fā)過程中的EMC設(shè)計(jì)

產(chǎn)品開發(fā)過程中的EMC設(shè)計(jì)

電子技術(shù)正朝著智能化方向飛速進(jìn)展。對于智能化的高科技產(chǎn)品，需要集成多個(gè)功能模塊，而這些模塊之間的兼容性就是當(dāng)前電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重中之重。電磁兼容性是目前電子產(chǎn)品開發(fā)過程中比擬困難的一項(xiàng)工作，目前國際對電磁兼容性方面特別嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)證機(jī)構(gòu)也有嚴(yán)格的產(chǎn)品上市治理體系，這就需要在產(chǎn)品開發(fā)過程中就融入EMC設(shè)計(jì)，只有做到這一點(diǎn)才能夠更加高效的完成一個(gè)優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。

1體系管控形成質(zhì)變

傳統(tǒng)的開發(fā)流程分為5個(gè)環(huán)節(jié)，產(chǎn)品的需求分析、方案評審、設(shè)計(jì)階段、調(diào)試階段、驗(yàn)證階段。根據(jù)此開發(fā)流程，在調(diào)試階段才會進(jìn)展EMC測試，首次對產(chǎn)品的EMC性能進(jìn)展判定，一旦測試合格，就進(jìn)展工程結(jié)案，此流程缺點(diǎn)是不清晰產(chǎn)品畢竟優(yōu)點(diǎn)在哪里；一旦產(chǎn)品消失問題，也只能在現(xiàn)有的根底上進(jìn)展修補(bǔ)。真正的要想做好產(chǎn)品，必需從產(chǎn)品的開發(fā)初期就將EMC考慮進(jìn)去。在需求分析階段，對產(chǎn)品的應(yīng)用環(huán)境進(jìn)展評估，包括產(chǎn)品的將來考慮的市場范圍，對應(yīng)市場的根本要求。

尤其是產(chǎn)品應(yīng)用環(huán)境，特定環(huán)境產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)要重點(diǎn)進(jìn)展評估、考量；產(chǎn)品的方案評審階段需要對產(chǎn)品詳細(xì)的指標(biāo)如何在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程進(jìn)展考量，包括實(shí)現(xiàn)方式是裸機(jī)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)？還是應(yīng)用電路實(shí)現(xiàn)？需要將這些詳細(xì)的指標(biāo)進(jìn)展明確；在設(shè)計(jì)階段需要對硬件電路、構(gòu)造設(shè)計(jì)、工藝安裝、接地設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)進(jìn)展綜合評估。傳統(tǒng)的思維模式認(rèn)為只需要設(shè)計(jì)好電路就可以解決EMC問題，其實(shí)工藝安裝、構(gòu)造設(shè)計(jì)、接地設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)對產(chǎn)品整機(jī)EMC性能的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電路本身。逐個(gè)考慮這些環(huán)節(jié)的EMC問題，并在這個(gè)階段把全部的風(fēng)險(xiǎn)都預(yù)估出來，同時(shí)要有對策保障，只有做到這一點(diǎn)才能夠在下個(gè)環(huán)節(jié)“調(diào)試階段”處理地得心應(yīng)手；調(diào)試階段必需對產(chǎn)品立項(xiàng)階段制定的指標(biāo)一一進(jìn)展驗(yàn)證，對于消失的問題再利用設(shè)計(jì)階段中設(shè)計(jì)的措施進(jìn)展調(diào)整，這樣就可以系統(tǒng)的解決問題，收尾驗(yàn)證就根據(jù)行業(yè)要求進(jìn)展認(rèn)證上市。

2細(xì)節(jié)打算成敗

2.1端口電路設(shè)計(jì)供電端口電路有必不行少的三局部：安全防護(hù)、濾波電路及電源轉(zhuǎn)換，關(guān)于這三局部的布局設(shè)計(jì)必需遵守走直線的原則。假如根據(jù)圖2(1)設(shè)計(jì)，當(dāng)輸入端口的瞬時(shí)脈沖輸入，這種瞬時(shí)脈沖存在高頻重量（如圖3），會形成走線和走線之間的耦合，從而導(dǎo)致濾波電路失效，甚至隔離電源隔離產(chǎn)生的穩(wěn)定直流電壓也會受到影響，實(shí)現(xiàn)不了原有的設(shè)計(jì)功能。要把電路的設(shè)計(jì)功能落實(shí)到實(shí)際的應(yīng)用中，就如上面所講，必需根據(jù)走直線的原則如圖2(2)進(jìn)展設(shè)計(jì)。

2.2I/O口電路設(shè)計(jì)I/O口電路的設(shè)計(jì)同樣受到PCB布局及接地設(shè)計(jì)的影響。如圖4(1)的端口防護(hù)器件的接地和后端被愛護(hù)IC的地進(jìn)展共地設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)一旦瞬態(tài)脈沖被鉗位卸放到地上面，由于這個(gè)地同時(shí)也是IC的參考地，很簡單導(dǎo)致IC地電位抬高而消失特別；改善方案主要有兩種：假如系統(tǒng)是兩線制設(shè)備（無地線）系統(tǒng)外殼也是非金屬材質(zhì)，此地線設(shè)計(jì)也必需將IC的參考地和防護(hù)器件的地分開，不能共用在一起，但是由于此系統(tǒng)屬于無地線系統(tǒng)，可以采納這兩個(gè)局部分別鋪設(shè)不同的接地區(qū)域，然后使用Y電容將兩個(gè)區(qū)域的地線連接在一起。另外一種是系統(tǒng)有設(shè)計(jì)地線或者外殼屬于金屬外殼，這種狀況就可以將防護(hù)器件的接地直接連到外殼地或者通過Y電容連接到外殼地，但是肯定要和IC的參考地分開。上面提到的PCB走線的設(shè)計(jì)導(dǎo)致防護(hù)電路失效的問題，通過圖5就可以看到端口設(shè)計(jì)了TVS管防護(hù)ESD，但是假如布線根據(jù)圖5(1)這樣走線，極易導(dǎo)致IC損壞，但是TVS管還沒有動作的，主要是由于現(xiàn)有的ESD或者EFT都是高頻干擾，走線阻抗常大，所以對于端口的防護(hù)電路設(shè)計(jì)肯定要遵守靠近端口的原則進(jìn)展設(shè)計(jì)PCB。

2.3EMI電路設(shè)計(jì)金升陽電源在電磁干擾方面內(nèi)部增加了濾波電路、屏蔽措施等，保證符合承諾的各項(xiàng)指標(biāo)要求，但是電源在應(yīng)用方面還是難免消失電磁干擾超標(biāo)的問題；此時(shí)，許多設(shè)計(jì)工程師都會認(rèn)為問題的根源在于電源，這種其實(shí)是有誤區(qū)，由于電磁干擾傳導(dǎo)騷擾測試工程，主要是針對電源端口，那么電源端口就成了其傳輸路逕，全部的電磁干擾都會經(jīng)過電源端口到達(dá)被測設(shè)備，測試設(shè)備測試到的電磁干擾除了來自電源本身外，主要還包括整機(jī)中的其他局部產(chǎn)生的電磁干擾，以及設(shè)備內(nèi)部寄生參數(shù)的諧振產(chǎn)生的電磁干擾。電源內(nèi)部的濾波器無法對這類電磁干擾進(jìn)展抑制，這些電磁干擾就通過電源端口耦合到測試設(shè)備。為了應(yīng)對千差萬別的應(yīng)用環(huán)境，電源廠家設(shè)計(jì)濾波器時(shí)，除了抑制電源內(nèi)部干擾，還會考慮到濾波器衰減特性及頻譜特性，盡量預(yù)留最大的設(shè)計(jì)余量。那么這就要求整機(jī)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)電源前端時(shí)候，肯定要根據(jù)電源廠圖7整機(jī)測試傳導(dǎo)騷擾家推舉的應(yīng)用電路進(jìn)展設(shè)計(jì)，例如：LH15產(chǎn)品應(yīng)用過程中消失EMI超標(biāo)問題（見圖6）。圖6為金升陽電源LH15-13B05傳導(dǎo)騷擾測試結(jié)果，此結(jié)果符合EN55022/CISPR22的CLASSB要求，而且余量特別充分。圖7為金升陽電源LH15-13B05的電源應(yīng)用到某品牌產(chǎn)品上面后，整機(jī)測試傳導(dǎo)騷擾結(jié)果，此結(jié)果無法符合EN55022/CISPR22的CLASSB要求，甚至連CLASSA都無法滿意要求，更不用說設(shè)計(jì)余量。所以電源即使內(nèi)部電磁干擾設(shè)計(jì)等級再高，在應(yīng)用過程中肯定要留應(yīng)用局部，詳細(xì)參數(shù)可參考詳細(xì)產(chǎn)品對應(yīng)的規(guī)格書。

3結(jié)語

整機(jī)電磁兼容設(shè)計(jì)其實(shí)是一個(gè)系統(tǒng)性工程，任何一個(gè)點(diǎn)設(shè)計(jì)不到位都可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)失敗，甚至?xí)冻龀林氐谋惧X代價(jià)。目前，行業(yè)內(nèi)對于這方面的設(shè)計(jì)失敗緣由局限于電源方面，而無視PCB設(shè)計(jì)、構(gòu)造設(shè)計(jì)及接地設(shè)計(jì)等方面。有效解決EMC問題