EMI合規(guī)性的歷史
1938年美國EMC(電磁兼容性)一致性測試歷史上發(fā)生了一個關(guān)鍵時刻:FCC(聯(lián)邦通信委員會)對發(fā)射器發(fā)射實施了第一套限制。
隨著技術(shù)的發(fā)展以滿足我們在智能電網(wǎng),智能汽車和智能手機等領(lǐng)域的需求和需求,還必須有先進的相應(yīng)EMC測試設(shè)備,以確保這些智能設(shè)備從EMI角度安全使用。
根據(jù)米歇爾·馬爾迪基安(Michel Mardiguian)在他的“ 計算機和基于微處理器的設(shè)備中的干擾控制”(第v頁)一書中所說,“等待它是否通過”確實是一種方法。他指出,“應(yīng)對這種現(xiàn)象[EMI]通常被認為是高度專業(yè)化的個人領(lǐng)域,因此在初始設(shè)計階段不予考慮;相反,等待結(jié)果測試數(shù)據(jù)”以確定是否通過“ “。
如果您作為電子設(shè)計師或工程師,沒有解決EMI(電磁干擾)問題或者沒有計劃來糾正EMC測試失敗,那么您就處于危險的境地。嘗試對PCB進行創(chuàng)可貼以使其通過EMI測試可能成本高昂,可能既耗時又可能兼顧,或者可能根本不起作用。根據(jù)我作為一名執(zhí)業(yè)電氣工程師的個人經(jīng)驗,許多工程師 - 以及更多的管理人員 - 根本不了解從設(shè)計一開始就解決EMI問題的重要性。
對他們來說,太容易說“讓我們以后再擔心”。這種反應(yīng)總讓我想起古老的格言:如果你第一次沒有時間做正確的話,你什么時候有時間再做一次。提供增加EMI對策(例如,專用于連接金屬屏蔽盒的焊盤,或提供足夠的電纜長度以添加鐵氧體磁珠,或為EMI墊片材料的安裝提供足夠的區(qū)域)可以節(jié)省您的時間。
根據(jù)我的經(jīng)驗,有兩種選擇可供選擇:如果您在最終設(shè)計中不使用EMI對策,那么很好 - 您可以減少零件數(shù)量和相關(guān)成本。但如果你確實需要它們,
小EMI理論
許多工程師和經(jīng)理將EMI和EMC相關(guān)的問題和理論稱為“黑魔法”,但它根本不是魔術(shù),當然,它可能很復(fù)雜,可能需要一些數(shù)學(xué)技能,但如果你理解這些概念和/或讓合適的人(專家)解決問題,你應(yīng)該沒問題。
受害者概念的來源在EMI領(lǐng)域被廣泛接受,當存在EMI問題時,總會有噪聲源和受害者發(fā)生故障或問題,另外,為了使噪聲源產(chǎn)生干擾,在源和受害者之間必須存在耦合路徑。
因此,EMI可以在以下一個或多個方面減少:
1.來源:通過去耦,屏蔽或簡單地減少噪聲設(shè)計,可以在此級別降低干擾。
2.耦合路徑:如果耦合路徑是輻射,則通過間隔和/或屏蔽可以減少干擾,或者 如果耦合路徑是導(dǎo)電的,則通過使用濾波器可以減小干擾。
3.受害者:通過局部去耦,隔離或屏蔽,或通過重新設(shè)計電路/器件,使元件不易受EMI影響,可以減少干擾。
可以以dB(分貝)為單位測量降噪。為了評估使用過濾器或屏蔽的降噪量,我們使用以下表達式:
dB = 20 log10(V OUT / V IN)
例如,將電壓衰減10倍(伏特/伏特的比率 - 無量綱數(shù))的屏蔽裝置可以說屏蔽裝置提供20dB的屏蔽效果。關(guān)于分貝值作為比率,參見下面的表1 。
表1.分貝作為比率
以dB值表示的衰減效果可分為以下幾類:
0到10 dB =衰減不良。降低傳導(dǎo)噪聲(或降低EMI場的屏蔽)的濾波器幾乎不會為此付出代價。效果可能很明顯,但不能依賴它來消除EMI問題。
10至30 dB =實現(xiàn)有意義衰減的最小范圍。在溫和的情況下,EMI問題將被消除。
30至60 dB =可以解決平均EMI問題的范圍。
超過60 dB =獲得高于平均值衰減的范圍 - 需要特別關(guān)注屏蔽和/或濾波器安裝(表面處理,襯墊和粘接)的質(zhì)量和質(zhì)量。保留用于在極端環(huán)境中必須以100%可靠性運行或接近100%可靠性的設(shè)備。
常見的EMI對策
金屬屏蔽盒
這種盒子模仿法拉第小籠子。他們的目的是盡可能地包住所有電噪聲元件。
請參閱我的拆解星期二的圖6和圖9 :Leeo Wi-Fi一氧化碳和煙霧警報器,用于屏蔽盒的兩個示例。
互連
扁平帶狀電纜:將數(shù)字信號與接地連接分開是理想的,盡管并不總是可行的。見下面的圖2。
雙絞線:
差分信號相互扭絞,或者單端信號用返回線絞合。對于差分信號,這種方法對接收到的共模噪聲非常有效,因為差分接收器將抵消這種噪聲。由于在兩根導(dǎo)線中以相反方向傳播的電流將產(chǎn)生彼此平衡的場,因此產(chǎn)生的EMI也減小。
屏蔽雙絞線:
在理想化差分信號的情況下,屏蔽是不必要的,但在現(xiàn)實生活中,兩條線之間的耦合并不完美,接收機的共模抑制不是無限的。因此,對周圍的屏蔽進一步降低了產(chǎn)生和接收EMI的影響。
通常,非屏蔽電纜用作接收或輻射EMI的天線。通常連接到接地節(jié)點的導(dǎo)電屏蔽有助于在EMI對電路產(chǎn)生負面影響之前反射和吸收EMI。
圖3.屏蔽雙絞線
鐵氧體磁珠(也稱為鐵氧體磁芯,或扼流圈),鐵氧體磁珠抑制高頻電信號。當連接到電纜時,它們有助于減輕接收EMI的影響并減少產(chǎn)生的EMI量。鐵氧體磁珠套件(見圖4)可用于EMI測試和故障排除,無論是現(xiàn)場故障排除還是EMC一致性測試實驗室的測試。
圖4.鐵氧體磁珠套件。
最后的盒子設(shè)計
理想情況下,最終的外殼應(yīng)該像法拉第籠一樣; 也就是說,它應(yīng)該提供連續(xù)的導(dǎo)電外殼。然而,這通常是不切實際的,因為外殼需要間隙或訪問端口用于通風,維護,布線和用戶界面組件,例如按鈕和開關(guān)。
因此,在設(shè)計最終外殼時,應(yīng)考慮以下項目:
保持開口數(shù)量和尺寸最小化。見下面的圖5和6。
圖5.不必要的大型訪問端口。
圖6.更好的設(shè)計
用導(dǎo)電網(wǎng)蓋住通風口。電網(wǎng)的細度取決于所涉及的EMI頻率,較高的頻率需要較小的開口。
EMI墊片材料用于密封門,鉸接側(cè)面或面板中的間隙。見下面的圖7和8。
圖7. EMI墊片材料
圖8.定制的EMI墊圈
綜上所述
EMI / EMC不是“黑魔法”,雖然它可能相當復(fù)雜,尤其是在高頻系統(tǒng)中,如果您是一名設(shè)計工程師并且不了解EMI,請確保您團隊中的某位成員。
如果沒有人這樣做,請考慮在設(shè)計的最初階段聘請EMI顧問,最重要的是,不要忽視EMI并“等待它是否通過”EMC測試 - 這個決定可能會非常昂貴和/或耗費時間。