1、EMI 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　很多初學(xué)者對(duì)于EMI設(shè)計(jì)都摸不著頭腦，其實(shí)我當(dāng)初也是一樣，但是在做了幾次設(shè)計(jì)以后，也逐漸有了一些體會(huì)。

　　首先，對(duì)于大腦里面一定要清楚一個(gè)概念－－在高頻里面，自由空間的阻抗是377歐姆，對(duì)于一般的EMI中的空間輻射來(lái)說(shuō)，是由于信號(hào)的回路到了可以和空間阻抗相比擬的地步，因而信號(hào)通過(guò)空間“輻射”出來(lái)。瞭解了這一點(diǎn)，要做的就是把信號(hào)回路的阻抗降下來(lái)。

　　控制信號(hào)回路的阻抗，主要的辦法是縮短信號(hào)的長(zhǎng)度，減少回路的面積，其次是採(cǎi)取合理的端接，控制回路的反射。其實(shí)控制信號(hào)回路的一個(gè)簡(jiǎn)單的辦法就是對(duì)重點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行包地處理（在兩邊近的距離走地線，尤其是雙面板要特別注意，因?yàn)殡p面微帶模型阻抗有150歐姆，和自由空間布相上下，而包地可以提供幾十歐姆的阻抗），請(qǐng)注意由于走線本身在高頻里面也是有阻抗的，所以好採(cǎi)用地平面或者地線多次接過(guò)孔到地平面。我很多的設(shè)計(jì)都是在採(cǎi)用包地以后，避免了時(shí)鐘信號(hào)的輻射超標(biāo)。

　　另外就是要避免信號(hào)穿越被分割的區(qū)域，很多工程師信號(hào)對(duì)地進(jìn)行分割，但有時(shí)候又忘記了，把線布過(guò)了這些區(qū)域，結(jié)果造成信號(hào)回路繞過(guò)很大的區(qū)域，無(wú)形中增加了佈線長(zhǎng)度。

　　對(duì)于EMI傳導(dǎo)的部分，重點(diǎn)是要用好旁路電容和去藕電容。旁路電容（提供一條交流短路線）一定要以短的連線佈置在晶片電源管腳和地線（平面）上。去藕電容要放在電流需求變化大的地方，避免因?yàn)樽呔�的阻抗（電感），讓雜訊從電源和地線上藕合出去。當(dāng)然，合理串聯(lián)使用磁珠，可以“吸收”（轉(zhuǎn)換成熱能）這些雜訊。電感有時(shí)也可以用來(lái)濾除雜訊，但是請(qǐng)注意電感本身也是有頻率響應(yīng)范圍的，而且封裝也決定其頻率響應(yīng)……

　　以上是一些基本的體會(huì)，對(duì)于EMI設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，需要你真正瞭解你自己的設(shè)計(jì)，什麼地方需要重點(diǎn)照顧，什麼地方出了問(wèn)題會(huì)是什麼樣的現(xiàn)象，備選方案是什麼，都需要預(yù)先整理好。

　　2.干擾正確的診斷

　　要解決產(chǎn)品上的EMI問(wèn)題﹐若能在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初便加以考慮﹐則可以節(jié)省事后再投入許多時(shí)間與金錢(qián)。由于目前EMI Design-in的觀念并不是十分普遍﹐而且由于事先的規(guī)劃并不能保證其成品可以完全符合電磁干擾的測(cè)試在﹐所以如何正確的診斷EMI問(wèn)題﹐對(duì)于設(shè)計(jì)工程師及EMI工程師是非常重要的。

　　事實(shí)上﹐我們?nèi)绻�把EMI當(dāng)做一種疾病﹐當(dāng)然平時(shí)的預(yù)防保養(yǎng)是很重要的﹐而一旦有疾病則正確的診斷﹐才能得到快速的痊愈﹐沒(méi)有正確的診斷﹐找不到病癥的源頭﹐往往事倍功半而拖延費(fèi)時(shí)。故在EMI的問(wèn)題上﹐常�？吹揭粋�(gè)EMI有問(wèn)題的產(chǎn)品﹐由于未能找到造成EMI問(wèn)題的關(guān)鍵﹐花了許多時(shí)間﹐下了許多對(duì)策﹐卻始終無(wú)法解決﹐其中亦不乏的EMI工程師。以往談到EMI往往強(qiáng)調(diào)對(duì)策方法﹐甚而視許多對(duì)策秘決或絕招﹐然而沒(méi)有正確的診斷﹐而在產(chǎn)品上加了一大堆EMI抑制組件﹐其結(jié)果往往只會(huì)使EMI情況更糟。

　　筆者起初接觸產(chǎn)品EMI對(duì)策修改時(shí)﹐會(huì)聽(tīng)到資深EMI工程師說(shuō)把所有EMI對(duì)策拿掉﹐就可以通過(guò)測(cè)試。初聽(tīng)以為是句玩笑話﹐如今回想這是很寶貴的經(jīng)驗(yàn)談。而后亦聽(tīng)到許多EMI工程師談到類(lèi)似的經(jīng)驗(yàn)。本文中將舉出實(shí)際的例子﹐讓讀者更加了解EMI的對(duì)策觀念。

　　一般提到如何解決EMI問(wèn)題﹐大多說(shuō)是case by case,當(dāng)然從對(duì)策上而言﹐每一個(gè)產(chǎn)品的特性及電路板布線（layout)情況不同﹐故無(wú)法用幾套方法而解決所有EMI的問(wèn)題﹐但是長(zhǎng)久以來(lái)﹐我們一直想要把處理EMI問(wèn)題并做適當(dāng)?shù)膶?duì)策﹐另外也提供的EMI工程師一種參考方法。在此我們把電磁干擾與對(duì)策的一些心得經(jīng)驗(yàn)整理﹐希望能對(duì)讀者有些幫助。

　　3.EMI初步診斷步驟

　　我們提出一套EMI診斷上的參考驟﹐希望用有系統(tǒng)的方式﹐快速的找出EMI的問(wèn)題。我們并不淮備探討一些理論計(jì)算或公式推演﹐將從實(shí)務(wù)上說(shuō)明。

　　當(dāng)一個(gè)產(chǎn)品無(wú)法通過(guò)EMI測(cè)試﹐首先就要有一個(gè)觀念﹐找出無(wú)法通過(guò)的問(wèn)題點(diǎn)﹐此時(shí)千萬(wàn)不能有主觀的念頭﹐要在那些地方下對(duì)策。常常有許多有經(jīng)驗(yàn)的EMI工程師﹐由于修改過(guò)許多相關(guān)產(chǎn)品﹐對(duì)于產(chǎn)品可能造成EMI問(wèn)題的地方也非常了解﹐而習(xí)慣直接就下﹐當(dāng)然一般皆可能非常有效﹐但是偶而也會(huì)遇到很難修改下來(lái)﹐后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的關(guān)鍵都是起行認(rèn)為不可能的地方﹐之所以會(huì)種疏失﹐就是由于太主觀了。因此﹐不論產(chǎn)品特性熟不熟﹐我們都要逐一再確認(rèn)一次﹐甚而多次確認(rèn)。這是因?yàn)樵斐蒃MI的問(wèn)題往往是錯(cuò)綜復(fù)雜﹐并非單一點(diǎn)所造成。故反復(fù)的做確認(rèn)及診斷是非常重要的。

　　我們將初步的診斷步驟詳列于下﹐并加以說(shuō)明其關(guān)鍵點(diǎn)﹐這些步驟看來(lái)似乎非常平凡簡(jiǎn)單﹐不像介紹對(duì)策方法各種理論秘籍絕招層出不窮﹐變化奧妙。其實(shí)﹐許多資深EMI工程師在其對(duì)策處理時(shí)﹐大部份的時(shí)間都在重復(fù)這些步驟與判斷。筆者要再次強(qiáng)調(diào)﹐只有真正找到造成EMI問(wèn)題的關(guān)鍵﹐才是解決EMI的佳途徑﹐若僅憑理論推測(cè)或經(jīng)驗(yàn)判斷﹐有時(shí)反而會(huì)花費(fèi)更多的時(shí)間和精力。

　　電磁兼容(EMC)整改步驟一：

　　將桌子轉(zhuǎn)到待測(cè)（EUT）大發(fā)射的位置﹐初步診斷可能的原因﹐并關(guān)掉EUT電源加以確認(rèn)。

　　由于EMI測(cè)試上﹐EUT必須轉(zhuǎn)360度而天線由1m到4m變化﹐其目的是要記錄輻射大的情況。同樣地﹐當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)無(wú)法通過(guò)測(cè)試時(shí)﹐首先我們先將天線位置移到噪聲接收大高度﹐然后將桌子轉(zhuǎn)到差角度﹐此時(shí)我們知道在EUT面對(duì)天線的這一面輻射強(qiáng)﹐故可以初步推測(cè)可能的原因﹐如此處屏蔽不佳或靠近輻射源或有電線電纜經(jīng)過(guò)等。

　　另外須注意的是要關(guān)掉EUT的電源﹐看噪聲是否存在﹐以確定噪聲確實(shí)是由EUT所產(chǎn)生。曾見(jiàn)測(cè)試Monitor一直無(wú)法解決某一點(diǎn)的干擾﹐結(jié)果其噪聲是由PC所造成而非Monitor的問(wèn)題﹐亦有在OPEN SITE測(cè)試Monitor發(fā)現(xiàn)某幾點(diǎn)無(wú)法通過(guò)﹐由測(cè)試接收儀器的聲音判斷應(yīng)是Monitor產(chǎn)生﹐結(jié)果關(guān)掉電源發(fā)現(xiàn)噪聲依然存在﹐所以關(guān)掉EUT電源的步驟是必須的﹐而且通常容易被忽略。

　　電磁兼容(EMC)整改步驟二 ：

　　將連接EUT的周邊電纜逐一取下﹐看干擾的噪聲是否降低或消失，若取下某一電纜而干擾的頻率減小或甚而消失﹐則可知此電纜已成為天線將機(jī)板內(nèi)的噪聲輻射出來(lái)。事實(shí)上﹐仔細(xì)分析造成EMI的關(guān)鍵﹐我們可以用一個(gè)很簡(jiǎn)單的模式來(lái)表示。

　　任何EMI的Source必須要有天線的存在﹐才能產(chǎn)生輻射的情形﹐若僅單獨(dú)存在噪聲源而沒(méi)有天線的條件﹐此輻射量是很小的﹐若將其連接到天線則由于天線效應(yīng)便把能量輻射到空間。所以EMI的對(duì)策除了針對(duì)噪聲源（Source)做處理外﹐重要的查破壞產(chǎn)生輻射的條件----天線。

　　以往我們�？吹秸凟MI對(duì)策離不開(kāi)屏蔽（Shielding),濾波（Filter),接地（Grounding)﹐對(duì)于接地往往一塊電路板多已固定﹐而無(wú)法再做處理﹐因?yàn)檫@一部份在電路板布線（Layout)時(shí)就須仔細(xì)考慮﹐若板子已完成則此時(shí)可變動(dòng)的空間就非常小﹐一般方式僅能找出噪聲小的接地處用較粗的地線連接﹐減低共模（Common mode)噪聲。

　　屏蔽所牽涉的材質(zhì)與花費(fèi)亦甚高﹐濾波的方式則是�？梢�(jiàn)Bead電感等﹐往往用了一大堆亦不甚見(jiàn)效﹐何以如此﹐許多時(shí)候是我們沒(méi)有解決其輻射的天線效應(yīng)。一般而言﹐噪聲的能量并不會(huì)因加一些對(duì)策組件便消失﹐也就是能量不減﹐ 我們所要做的工作是如何避免噪聲輻射到空間（輻射測(cè)試）或由電源傳出（傳導(dǎo)測(cè)試）。

　　在此我們整理了產(chǎn)生輻射常見(jiàn)的幾種情形供讀者參考：

　�。�1）機(jī)器外部連接之電纜成為輻射天線

　　由于機(jī)器本身外部所連接的電纜成為天線效應(yīng)﹐將噪聲輻射到空間﹐此時(shí)噪聲的大小和電纜的長(zhǎng)度有關(guān)﹐因電纜的天線效應(yīng)相對(duì)于噪聲半波長(zhǎng)時(shí)共振情形會(huì)大﹐也往往是造成EMI無(wú)法通過(guò)測(cè)試。在解決這個(gè)問(wèn)題前必須要做一些判斷﹐否則很容易疏忽而浪費(fèi)時(shí)間。

　　（a）噪聲是由機(jī)器內(nèi)部電路板或接地所產(chǎn)生

　　此情形為將電纜取下﹐或加一Core則噪聲減低或消失。此時(shí)必須做的一個(gè)步驟是將線靠近機(jī)器（不須直接連接）看噪聲是否會(huì)存在﹐若噪聲并沒(méi)有升高﹐則可確實(shí)判定由機(jī)器內(nèi)部產(chǎn)生﹐若將電纜靠近而干擾噪聲馬上升高﹐由此時(shí)請(qǐng)參考（b）的說(shuō)明。

　　（b）噪聲是由機(jī)器內(nèi)部藕合到電纜線上﹐而使電纜成為輻射天線。

　　這一點(diǎn)是許多測(cè)試工程師容易忽略的。此情形如（a）中所提到的﹐只要將一條電纜靠近﹐則可從頻譜上看到噪聲立刻升高﹐此表示噪聲已不單純是由線上所輻射出﹐而是機(jī)器本身的噪聲能量相當(dāng)大﹐一旦有天線靠近則立刻會(huì)藕合至天線而輻射出來(lái)。在實(shí)際測(cè)試中﹐我們發(fā)現(xiàn)許多通訊產(chǎn)品有這類(lèi)情形發(fā)生﹐此時(shí)若單純用Core或Bead去處理﹐并不能真正的解決問(wèn)題。

　　（2）機(jī)器內(nèi)部的引線﹐連接線成為輻射天線

　　由于許多產(chǎn)品內(nèi)部常有一些電線彼此連接工作廳﹐當(dāng)這些線靠近噪聲源很容易成為天線﹐將噪聲輻射出去。針對(duì)此點(diǎn)的判斷﹐在200MHz以下之噪聲﹐我們可以在線上加一Core來(lái)判斷噪聲是否減低﹐而對(duì)于200MHz以上之高頻噪聲﹐我們可以將線的位置做前后左右的移動(dòng)﹐看噪聲是否會(huì)增大或減小。

　�。�3）電路板上的布線成為輻射天線

　　由于走線太長(zhǎng)或靠近噪聲源而本身被藕合成為發(fā)射天線﹐此種情形當(dāng)外部電纜都取下﹐而僅剩電路板時(shí)﹐在頻譜儀上可看見(jiàn)噪聲依然存在﹐此時(shí)可用探棒測(cè)量電路板噪聲強(qiáng)的地方﹐找到輻射的問(wèn)題加以解決。關(guān)于探測(cè)的工具及方法﹐將于后詳細(xì)說(shuō)明。

　　（4）電路 板上的組件成為輻射來(lái)源

　　由于所使用的IC或CPU本身在運(yùn)作時(shí)產(chǎn)生很大的輻射﹐使得EMI測(cè)試無(wú)法通過(guò)﹐卵石種情往往在經(jīng)過(guò)（1）﹑（2）﹑（3）的分析后噪聲依然存在﹐通常解決的方法不外換一個(gè)類(lèi)似的組件﹐看EMI特性是否會(huì)好一些。另外就是電路板重新布線時(shí)﹐將其擺放于影響小的位置﹐也就是附近沒(méi)有I/O Port及連接線等經(jīng)過(guò)﹐當(dāng)然若情況允許﹐將整個(gè)組件用金屬外殼包覆（Shielding)也是一種快速有效的方法。

　　由以上的分析介紹我們可以了解﹐造成電磁干擾輻射關(guān)鍵的地方就是電線的問(wèn)題﹐當(dāng)有了適當(dāng)?shù)奶炀�條件存在很容易就產(chǎn)生干擾﹐另外電源線往往亦是造成天線效應(yīng)的主因 ﹐這是在許EMI對(duì)策中容易疏忽的。

　　電磁兼容(EMC)整改步驟三：

　　電源線無(wú)法移去﹐可在其上夾Core或水平垂直擺動(dòng)﹐看噪聲是否有減小或變化。若產(chǎn)品有電池設(shè)備則可取下電源線判斷﹐如Notebook PC等。

　　如前所述電源線往往是會(huì)成為輻射天線﹐尤其是Desktop PC類(lèi)產(chǎn)品﹐往往300MHz以上的噪聲會(huì)由空間藕合到電源線上﹐所以判斷產(chǎn)品的電源線是否受到感染是必須的步驟。由于噪聲頻帶的影響﹐對(duì)200MHz以下可用加Core的方式（可一次多加數(shù)個(gè)）判斷﹐對(duì)于200MHz以上的噪聲﹐由于此時(shí)Core的作用不大﹐可將電源線水平擺放和垂直擺放﹐看干擾噪聲是否有差別﹐若水平和垂直有很明顯的差別﹐則可一邊擺動(dòng)電源線一邊看頻譜儀（Spectrum)上噪聲之大小有否變化﹐如此便可知道電源線有否干擾。

　　至于若發(fā)現(xiàn)電源線會(huì)產(chǎn)生輻射時(shí)如何解決﹐一般皆不好處理﹐通常先想辦法使機(jī)器內(nèi)的噪聲減小﹐以避免電源線的二次輻射﹐而使用Shielded線一般對(duì)輻射的影響并不大﹐故換一條不同長(zhǎng)度的電源線﹐有時(shí)也會(huì)有很好的效果。

　　由這一點(diǎn)我們可知道﹐除了要使可冊(cè)產(chǎn)生輻射噪聲的組件遠(yuǎn)離I/O Port外﹐其也須盡量遠(yuǎn)離電源線及Switching power supply的板子﹐以免藕合到電源線上使得輻射及傳導(dǎo)皆無(wú)法通過(guò)測(cè)試。

　　電磁兼容(EMC)整改步驟四：

　　檢查電纜接頭端的接地螺絲是否旋緊及外端接地是否良好，依項(xiàng)方式大略找了一下問(wèn)題后﹐我們必須再做一些檢查﹐因?yàn)橥高^(guò)這些檢查﹐也許不須做任何修改﹐便可通過(guò)EMI測(cè)試。例如檢查電纜端的螺絲是否鎖緊﹐有時(shí)將松掉的螺絲上緊﹐可加強(qiáng)電纜線的屏蔽效果。另外可檢查看看機(jī)器外接的Connector的接地是否良好﹐若外殼為金屬而有噴漆﹐則可考慮將Connector處的噴漆刮掉﹐使其接地效果較佳。另外若使用Shielded的電纜線﹐必須檢查接頭端處外覆的金屬綱是否和其鐵蓋密合﹐許多不佳的屏蔽線（RS232）多因線接頭的外覆屏蔽金屬綱未冊(cè)和連接端的地密合﹐以致無(wú)法充份達(dá)到屏蔽的效果。