最低EMI電路設計

要確保低輻射發射(RE)
，設計電路原理圖和PCB版圖時必須應用最佳實踐經驗，包括為供電回路、USB數據線
、以太網等信號添加鐵氧體磁珠以過濾EMI.此(ci)外(wai)
，供(gong)電(dian)回(hui)路(lu)上(shang)適(shi)當(dang)放(fang)置(zhi)充(chong)足(zu)數(shu)量(liang)的(de)去(qu)耦(ou)合(he)電(dian)容(rong)器(qi)可(ke)以(yi)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)減(jian)少(shao)電(dian)源(yuan)分(fen)配(pei)網(wang)絡(luo)阻(zu)抗(kang)，進(jin)而(er)降(jiang)低(di)數(shu)字(zi)負(fu)載(zai)產(chan)生(sheng)的(de)噪(zao)聲(sheng)紋(wen)波(bo)幅(fu)度(du)，並(bing)減(jian)少(shao)輻(fu)射(she)風(feng)險(xian)。同(tong)時(shi)，優(you)化(hua)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)閉(bi)合(he)回(hui)路(lu)補(bu)償(chang)網(wang)絡(luo)設(she)計(ji)以(yi)實(shi)現(xian)穩(wen)定(ding)閉(bi)合(he)回(hui)路(lu)，能(neng)夠(gou)確(que)保(bao)電(dian)壓(ya)輸(shu)出(chu)可(ke)控(kong)，並(bing)最(zui)大(da)幅(fu)度(du)地(di)降(jiang)低(di)開(kai)關(guan)噪(zao)聲(sheng)紋(wen)波(bo)幅(fu)度(du)。噪(zao)聲(sheng)紋(wen)波(bo)幅(fu)度(du)降(jiang)低(di)可(ke)以(yi)顯(xian)著(zhe)抑(yi)製(zhi)原(yuan)型(xing)的(de)EMI風險。

 

高頻或快上升/下降沿信號的PCB走線應參考連續回路(例如參考地平麵)
，以降EMI風feng險xian。走zou線xian不bu能neng經jing過guo任ren何he分fen割ge平ping麵mian和he孔kong洞dong。如ru果guo信xin號hao需xu要yao通tong過guo過guo孔kong完wan成cheng層ceng間jian傳chuan輸shu
，緊jin鄰lin信xin號hao過guo孔kong位wei置zhi應ying放fang置zhi至zhi少shao一yi個ge接jie地di過guo孔kong
，作zuo為wei信xin號hao電dian流liu從cong接jie收shou端duan返fan回hui發fa射she端duan的de回hui流liu路lu徑jing。如ru果guo沒mei有you適shi當dang的de回hui流liu路lu徑jing，返fan回hui電dian流liu可ke能neng在zaiPCB中隨意傳輸
，成為潛在的EMI源。

 

出色的接地方案也是最大限度降低EMI的關鍵因素。所有PCB設(she)計(ji)都(dou)必(bi)須(xu)避(bi)免(mian)接(jie)地(di)回(hui)路(lu)，因(yin)為(wei)返(fan)回(hui)信(xin)號(hao)電(dian)流(liu)經(jing)過(guo)時(shi)接(jie)地(di)回(hui)路(lu)將(jiang)形(xing)成(cheng)輻(fu)射(she)發(fa)射(she)機(ji)。設(she)計(ji)接(jie)地(di)為(wei)寬(kuan)參(can)考(kao)麵(mian)可(ke)以(yi)構(gou)建(jian)出(chu)色(se)的(de)接(jie)地(di)方(fang)案(an)。不(bu)同(tong)電(dian)路(lu)組(zu)(例如射頻、模擬和數字電路)的地平麵應當物理隔離
，並通過鐵氧體磁珠建立電路連接，以幫助防止高頻噪聲在電路組之間傳播。

 

完成PCB版圖設計後應執行仿真進行EMI分析，以便在製造前確保PCB具有較低的輻射發射風險。省略EMI仿真可能無法保證PCB的EMI性能，會導致重新設計。如果EMI仿真結果符合技術規範要求
，設計人員即可開始PCB製造，然後使用頻譜分析儀對原型PCB執行近場電磁掃描。EMI仿真和近場電磁掃描等預兼容檢測可以增加設計人員的信心，確信原型具有較低的EMI。完成預兼容檢測後
，被測器件即可執行實際微波暗室EMI一致性測試。

 

 

完成PCB版圖設計後，將版圖文件導入EMPro 2013.07 執行3D EMI仿真。選擇差分信號進行有限元法(FEM)三san維wei電dian磁ci場chang仿fang真zhen。三san維wei電dian磁ci場chang仿fang真zhen是shi設she置zhi電dian磁ci邊bian界jie條tiao件jian和he模mo型xing網wang格ge尺chi寸cun並bing求qiu解jie麥mai克ke斯si韋wei方fang程cheng的de過guo程cheng。為wei確que保bao仿fang真zhen結jie果guo精jing度du
，邊bian界jie尺chi寸cun應ying設she為weiPCB厚度的8倍以上，網格尺寸應設為PCB寬度的1/5以下。運行三維電磁場的計算機需要配置16G以上的內存和100G以上的存儲容量
，以確保分析順利進行。

 

設置遠場傳感器捕獲發射電磁場，並利用EMPro的EMI仿真模版計算遠場發射功率，然後設置10m距離的電場探頭
，繪製頻域響應圖。再執行時域有限差分法(FDTD)模式的三維電磁場仿真
，並與FEM模式的仿真結果進行對比。

 

參見30MHz~1GHz頻率的電場強度仿真圖(圖1)(電場強度單位dBμV
，頻率單位GHz)
，輻射功率電平(藍色曲線為FEM模式仿真，紅色曲線為FDTD模式仿真)低於約45dBμV的FCC最大閾值(綠色虛線)。

 

圖1 仿真EMI圖

 

 

製成並組裝原型PCB後，使用頻譜分析儀對原型進行近場電磁掃描。連接頻譜分析儀的單匝線圈捕獲原型發射的近區電磁場。圖2是30MHz~1GHz頻率範圍的頻域信號(電磁場功率電平單位dB

，頻率單位Hz)。

 

圖2 電磁掃描測量圖

 

400MHz附近時出現最大功率強度(-66.4dBm)的尖峰。作為近區傳感器的線圈在距離被測器件3英寸的範圍內移動。30kHz的頻譜分析儀分辨率帶寬可以實現低本底噪聲(-80dBm)測量，因此尖峰(不同離散頻率的輻射)清晰可見。要增強原型通過微波暗室遠場(3m和10m)EMI一致性測試的信心，近區功率峰值應低於-65dBm。

 

 

圖3為原型在微波暗室的3m遠場EMI一致性測試結果。紅線顯示的是CISPR 11A類最大輻射發射功率電平：30MHz~1GHz頻率範圍內低於56dBμV。紅線下方的棕色曲線表示是德科技(原安捷倫)EMC指南中規定的保護頻段。輻射波的垂直和水平分量分別由藍色和綠色曲線表示。400MHz和560MHz頻率時出現兩個分別為38dBμV和37dBμV的功率峰值，均低於最大閾值。

 

圖3 3m輻射發射測量結果

 

 

最後我們可以了解到

，在電源的pcb設計中低EMI電路設計和預兼容檢測(例如三維EMI仿真和近場電磁掃描)十分重要，可以避免不必要的PCB重新製造，節省開發成本和時間，並且能夠縮短微波暗室EMI一致性測試時間，確保電子器件按時甚至提前投放市場。


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