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[导读]EMI 就像夜深人静的幽灵一样,不正常。但是,尽管与 EMI 相关的问题正在增加,但仍有一些方法可以在您的设计中避免它们。

EMI 就像夜深人静的幽灵一样,不正常。但是,尽管与 EMI 相关的问题正在增加,但仍有一些方法可以在您的设计中避免它们。 

似乎设计工程还不够具有挑战性,在时钟/边沿速率不断提高和组件几何尺寸不断缩小的推动下,与 EMI 相关的设计问题不断增加。

EMI 顾问 Daryl Gerke 是一种在电磁频谱领域开店的幽灵克星,他说,对于许多设计工程师来说,EMI 远远超出了他们的舒适区,这一事实使问题更加复杂。“我们从事 EMI 业务的人痴迷于频域而不是时域,我们绝对喜欢分贝。

“如果高速公路的速度在过去十年中从 60 英里/小时增加到 600 英里/小时,您可以想象会发生什么大事件,”专门研究电磁兼容性的电气工程咨询公司Kimmel Gerke Associates, Ltd.的联合创始人 Gerke 说. “接下来,让十倍的汽车以十倍的速度行驶。最后,让我们将每辆汽车的尺寸缩小十分之一。好吧,这一切肯定都发生在电子产品上。EMI 设计挑战是领先于快速变化及其可能导致的问题。”

Gerke 说,EMI 让工程师如此烦恼的一个主要原因是它不正常。他解释说,辐射问题可能是由远低于正常电路电平的微伏和微安引起的,而这些东西你甚至可能在示波器上都看不到。

另一方面,他说,ESD 问题可能从源头上的数千伏开始,远高于正常电路水平,也很难测量。

另一个问题是 EMI 往往是关于规则的例外情况——它是关于当你认为它们应该起作用时却不起作用的事情。并期望他们这样做。例如,电缆,甚至是线迹何时会变成天线?

 “这当然没有在任何示意图上注明。不幸的是,在学校里,我们被教导事物是如何运作的,而不是它们不起作用的许多方式。幸运的是,经验会有所帮助——我想这是变老的少数好处之一,”Gerke 沉思道,他的 EMI 经验可以追溯到 1960 年,当时他还是一名青少年业余无线电操作员。

他的第一个“EMI 事件”涉及清除家庭电视机。这并不奇怪,因为他的火腿天线距离电视天线不到四英尺。他怀疑他最终进入 EMI 业务是为了对他早期的冒险行为进行某种忏悔。那么,EMI 工程师应该注意哪些主要威胁以及如何防范呢?在他的公司为工程师举办的培训课程中,Gerke 和他的合伙人 William Kimmel 讨论了前五名:

1. 发射 (传导和辐射)。主要受害者是射频频谱(无线电、电视、导航系统等)的许可用户。主要来源是重复信号,例如时钟。次要电源包括开关模式电源。由于数字信号不是正弦波,它们会产生谐波,从而直接干扰预期的射频通信。

2. RFI(射频干扰)。主要受害者是模拟电路和电源电路。主要来源是便携式射频发射器(手持收音机、手机、无线设备)。主要故障机制因整改而被打乱。失败主要是不安;损坏是罕见的。

3. ESD (静电放电)。主要受害者是数字复位、控制和 I/O 电路。主要来源是人为产生的 ESD,其次是机器产生的 ESD(皮带、印刷机等)。故障包括损坏 (I/O) 和故障(数字电路)。

4. 电源干扰。主要受害者是电源,其次是数字复位和控制电路。主要的 EMI  源是闪电和电源瞬变(低频/高能量),其次是电弧和火花(高频/低能量),例如电气快速瞬变或 EFT。故障包括损坏(电源接口)和故障(数字电路)。

5. 自我兼容。这些通常是由于混合技术导致的内部问题。例如,数字电路经常因电源电路(电源、电机、接触器等)的瞬变而受到干扰。低电平模拟电路经常受到数字电路的影响。一个迅速增加的问题是车载无线电接收器(无线、手机和 GPS)被数字电路干扰。

Gerke 强调,为避免设计出现问题,工程师需要注意细节。“我们喜欢说 95% 的问题是由 5% 的电路引起的。” 他劝告工程师首先要识别关键电路——时钟、复位、电源调节器和 I/O——并确保它们被充分过滤和去耦。“保持领先优势!” 他警告说。“接下来,检查那些关键电路的布局和布线。”

在电路板级别,他主张在电路板布线后立即进行快速 EMI 审查。在盒子级别,他建议对封装、接地和接口进行 EMI 审查。最后,他建议工程师在设计阶段考虑“预一致性”测试。虽然这看起来像是繁重的苦差事,但他说设计工程师不应该等到最后才进行 EMI 测试。


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