为什么在设计早期要考虑EMC遵从性和EMI对策

学习一些电磁兼容遵从史，一些电磁兼容理论，和一些常见的电磁兼容对策。

遵从EMI的历史

1938年，美国EMC(电磁兼容性)符合性测试史上出现了一个关键时刻:FCC(联邦通信委员会)推出了第一套发射器排放限制。

根据Com-Power公司在1892年，人们发现电线会对电报电缆的性能产生负面影响。正是这一发现促成了1892年德意志帝国的《电报法》。随着这一发展，对有效调控和精确调控的需求应运而生电磁兼容测试设备．

随着技术的发展以满足我们在智能电网、智能汽车和智能手机等领域的需求，也必须有先进的相应EMC测试设备，以确保从电磁干扰的角度来看，这些智能设备可以安全使用。

"等着看它会不会过去"

不幸的是，据Michel Mardiguian在他的书中所说，“等着看它是否通过”确实是一些人采取的一种方法计算机和基于微处理器的设备的干扰控制(第v页)．他指出:“应对这种现象[EMI]通常被认为是高度专业化的个人的领域，因此在最初的设计阶段没有被考虑在内;相反，最终的测试数据将等待‘看它是否通过’。”

如果您作为一名电子设计人员或雷竞技最新app工程师，没有解决电磁干扰(EMI)问题或没有解决EMC测试失败的计划，您将处于危险的境地。为了使PCB能够通过EMI测试，尝试创制电路板可能是昂贵的，也可能是耗时的，也可能两者兼而有之，也可能根本不起作用。以我作为一名实习电气工程师的个人经验来看，许多工程师——还有更多的管理人员——根本不明白从设计的一开始就解决EMI问题有多重要。

对他们来说，说“以后再考虑吧”太容易了。这种回答总是让我想起那句古老的格言:如果你没有时间第一次就把事情做好，那么什么时候你会有时间再做一遍。使添加EMI对策提供(如有焊垫专用附加金属屏蔽盒,或提供足够的电缆长度增加铁氧体磁珠,或提供足够的区域安装的EMI衬垫材料)可能会节省你的时间,金钱,和压力如果这样的对策成为必要。

根据我的经验，拥有可用的选项是两全之策:如果你在最终设计中不使用EMI对策，那就太好了——你减少了零件数量和相关成本。但如果你确实需要它们，那就把它们添加到最终设计中。

一点EMI理论

许多工程师和管理人员将EMI和emc相关的问题和理论称为“黑魔法”。但这根本不是魔法。当然，这可能是复杂的，可能需要一些数学技能，但如果你理解概念和/或有正确的人(专家)处理问题，你应该没问题。

的源的受害者这个概念在EMI界被广泛接受。当电磁干扰问题存在时，总会有噪音源和一个受害者故障或问题发生的地方。此外，为了使噪声源产生干扰，噪声源和受干扰对象之间必须有耦合路径。因此，可以在以下一个或多个领域减少电磁干扰:

• 源可以通过去耦、屏蔽或简单地进行噪声较小的设计来减少这一水平的干扰。
• 耦合路径:如果耦合路径为，则通过间距和/或屏蔽可以减少干扰辐射或者如果耦合路径是，则使用过滤器导电．
• 受害者:减少干扰可以通过局部去耦、隔离或屏蔽，或通过重新设计电路/设备，使元件不受电磁干扰的影响。

图1所示。发射/易感性情况的三个基本要素。图片由Mardiguian(1.2页)

噪音减少量可以分贝(分贝）.为了计算使用滤波器或屏蔽所减少的噪声量，我们使用以下表达式:

dB = 20 log10 (V_出/ V_在）

例如，屏蔽装置的电压衰减系数为10(电压与电压的比值，无量纲数)，也就是说屏蔽装置的屏蔽效能为20分贝。见下表1为分贝值作为比率。

表1。分贝作为一个比率

根据Mardiguian(第1.2、1.4页)，以dB值表示的衰减效果可分为:

• 0 ~ 10db =衰减差。一个降低传导噪声的滤波器(或一个降低电磁干扰场的屏蔽体)几乎赚不到钱。效果可能是显而易见的，但不能依靠它来消除电磁干扰问题。
• 10 ~ 30 dB =实现有意义衰减的最小范围。在轻微的情况下，电磁干扰问题将被消除。
• 30到60分贝=平均EMI问题可以解决的范围。
• 超过60db =范围，以获得高于平均衰减-需要特别注意和质量的屏蔽和/或过滤器安装(表面准备，垫圈，和粘接)。用于在极端环境中必须100%或接近100%可靠运行的设备。

常见的电磁干扰的对策

以下是常见的电磁干扰对策:

金属屏蔽盒

• 这些盒子模仿的是小法拉第笼。他们的目的是尽可能合理地包住所有电噪声部件。
• 参见my的图6和图9周二拆除:里昂Wi-Fi一氧化碳和烟雾报警器屏蔽盒的两个例子。

互联

• 扁平带状电缆:它是理想的，虽然不是总是可行的，以分离数字信号与接地连接。请参见下面的图2。

图2。扁平带状电缆EMI降低选项。

• 双绞线。差分信号相互绞合，或单端信号用回程线绞合。对于差分信号，这种方法对接收到的共模噪声非常有效，因为差分接收机会抵消这些噪声。产生的电磁干扰也会减少，因为两根导线中方向相反的电流会产生相互平衡的磁场。
• 屏蔽双绞线:在理想的差分信号背景下，屏蔽是不必要的，但在现实生活中，两线之间的耦合不是完美的，接收机的共模抑制不是无限的。因此，对周围的屏蔽进一步降低了产生和接收到的EMI的影响。
• 一般来说，非屏蔽电缆充当接收或辐射电磁干扰的天线。导电屏蔽通常连接到接地节点，有助于在电磁干扰对电路产生负面影响之前反射和吸收电磁干扰。

图3。屏蔽双绞线

• 铁氧体磁珠(也称为铁氧体磁芯，或扼流圈)。铁氧体磁珠抑制高频电信号。当连接到电缆上时，它们有助于减轻接收电磁干扰的影响，并减少产生的电磁干扰。可以使用铁氧体珠套件(参见图4)进行电磁干扰测试和故障排除，无论是现场故障排除还是在EMC合规测试实验室进行测试。

图4。铁氧体磁珠包。图片由Laird-Signal Integrity Products at Digi-Key

最后一箱的设计

理想情况下，最终外壳应该像法拉第笼一样工作;也就是说，它应该提供一个连续的导电外壳。然而，这通常是不切实际的，因为框需要间隙或访问端口，以通风、维护、布线和用户界面组件，如按钮和开关。

因此，在设计最终外壳时，应考虑以下事项:

• 尽量减少开口的数量和大小。请参见下面的图5和图6。

图5。不必要的大访问端口。一个贫穷的设计

图6。一个更好的设计。外壳开口大小适当，电缆屏蔽在入口接地

• 用导电格栅盖住通风口。网格的细度取决于所涉及的EMI频率，较高的频率需要较小的开口。
• 电磁干扰垫圈材料用于密封门、铰链边或面板的缝隙。请参见下面的图7和8。

图7。EMI衬垫材料。图片由SASIndustries(04页)

图8。定制的EMI垫圈。图片由SASIndustries(6页)

总之

EMI/EMC不是“黑魔法”，尽管它可能相当复杂，特别是在高频系统中。如果你是一名设计工程师，不了解EMI，请确保你的团队中有人了解。如果没有人这样做，在你的设计一开始就考虑聘请一位EMI顾问。最重要的是，不要忽视EMI并“等待它是否通过”EMC测试——这个决定可能会非常昂贵和/或耗时。