EMC在设计当中的重要性(一)

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EMC是产品认证的重要内容

    随着我国加入WTO，无论是走向国际大市场的中国产品，还是涌向中国市场的外国产品,几乎都要进行各种各样的产品认证。产品认证，从国际贸易角度看，实质上是技术性贸易壁垒。我们只有不断提高产品质量, 突破技术壁垒,才能开拓海外市场，促进外贸发展。


    国内新的3C认证替代了原来的CCIB和CCEE认证， “CCC”是我国强制性产品认证标志—— China Compulsory Certification的英文缩写，只有取得3C认证的产品才能进入国内市场。 3C认证对机电、电器产品的安全性能、EMC等方面作了详细规定。


EMC是多数企业的技术难点

    大力发展电子、信息产业为主体的高新技术产业，是我们的既定方针。当今是一个连科技也在追赶潮流的时代，机电产品日新月异，“轻薄短小和多功能化”成为时尚，数码产品、机电一体化产品、信息家电、多媒体设备等技术含量较高的产品层出不穷,更新换代速度日益加快，芯片集成度和产品工作速度不断提高，伴随的电磁骚扰问题日益复杂。


    目前,我国整体EMC研究起步较晚，许多企业对EMC认知度不够，缺乏EMC方面的经验和测试设备,在产品设计、生产工艺和元器件的选择上都有不同程度的困惑，产品生产出来后往往EMC不能符合标准要求。EMC问题是当前多数企业的技术难点！从事机电产品制造的广大企业皆有同感，解决EMC问题，比之解决产品的安全问题要困难得多。这就更加加剧了有些企业面对品牌竞争和价格竞争，偏向于降低成本、牺牲EMC要求的现象。
机电产品3C认证的指标涉及产品的安全、EMC两个方面。从认证检测来看，产品达不到“3C”认证要求的主要原因是EMC方面过不了关。事实上，无论日常检验还是各种产品认证中，EMC测试通不过的情况比较普遍。
随着3C认证顺利开展，部分企业在EMC问题上愁眉不展，帮助企业是我们光荣职责。此稿没有复杂的理论分析和推导，只是扼要地介绍EMC三个规律、EMC问题三要素、电磁骚扰的特性、以及五层次EMC设计法；一方面力求实用，另一方面意图抛砖引玉。


认识和利用EMC领域三个重要规律

    作者认为：EMC不是光靠理论就能完全解决的，EMC是一项实践工程。从事EMC行业，如能深刻领会以下三个EMC领域重要规律，实践中坚持运用，必然收到事半功倍的效果。
1） 规律一、EMC费效比关系规律： EMC问题越早考虑、越早解决，费用越小、效果越好。
在新产品研发阶段就进行EMC设计，比等到产品EMC测试不合格才进行改进，费用可以大大节省，效率可以大大提高；反之，效率就会大大降低，费用就会大大增加。
经验告诉我们，在功能设计的同时进行EMC设计，到样板、样机完成则通过EMC测试，是最省时间和最有经济效益的。相反，产品研发阶段不考虑EMC，投产以后发现EMC不合格才进行改进，非但技术上带来很大难度、而且返工必然带来费用和时间的大大浪费，甚至由于涉及到结构设计、PCB设计的缺陷，无法实施改进措施，导致产品不能上市。
2） 规律二、高频电流环路面积S越大, EMI辐射越严重。
高频信号电流流经电感最小路径。当频率较高时， 一般走线电抗大于电阻，连线对高频信号就是电感，串联电感引起辐射。电磁辐射大多是EUT被测设备上的高频电流环路产生的，最恶劣的情况就是开路之天线形式。对应处理方法就是减少、减短连线，减小高频电流回路面积，尽量消除任何非正常工作需要的天线，如不连续的布线或有天线效应之元器件过长的插脚。
减少辐射骚扰或提高射频辐射抗干扰能力的最重要任务之一，就是想方设法减小高频电流环路面积S。
3） 规律三、环路电流频率f越高，引起的EMI辐射越严重，电磁辐射场强随电流频率f的平方成正比增大。
减少辐射骚扰或提高射频辐射抗干扰能力的最重要途径之二，就是想方设法减小骚扰源高频电流频率f，即减小骚扰电磁波的频率f。
本文以下内容，就是利用以上三个规律，倡导趁早考虑EMC问题，介绍EMC设计和EMC问题改进。


改进EMC问题，如同诊治疾病

    如果产品没有通过EMC测试，我们从测量结果中，只能知道哪些频率点“超标”了，而这些频率的电磁骚扰是从哪里出来的，往往是工程师门最不容易发现、最难解决的问题。产品EMC问题，说难亦难，说易亦易。就如给病人治病一样，关键是看你这个病是可治愈的还是不治之症，对可治之症能否辨证施治。中医看病，讲究望闻切诊问；现代医学多讲究量血压、BT、CT、化验等，目的都是为了查清病灶、病因，做到因病施治。
同样，改进EMC问题，看成为诊治疾病，就是科学性与趣味性的结合。首先，根据EMI产生的途径和机理，也就是EMC问题产生的要素，针对EUT（被测试样品,下同）的电路原理，先作一些判断，比如IT类设备和AV音视频类设备引起EMC问题的原因或者内部骚扰源是什么，先进行推断，再结合测试项目测试图透过现象看本质，分析超差原因--把骚扰源搞清楚，把骚扰途径摸透彻，以便有的放矢。
分析超差原因，可使用高频示波器或频谱分析仪加上近场探头验证分析结果，从频域到时域，再从频域到时域，分析、寻找产生EMC问题的对应电路和器件。


EMC问题三要素

    开关电源及数字设备由于脉冲电流和电压具有很丰富的高频谐波，因此会产生很强的辐射。电磁干扰包括辐射型(高频) EMI、传导型(低频)EMI，即产生EMC问题主要通过两个途径:一个是空间电磁波干扰的形式;另一个是通过传导的形式，换句话说，产生EMC问题的三个要素是：电磁干扰源、耦合途径、敏感设备。辐射干扰主要通过壳体和连接线以电磁波形式污染空间电磁环境；传导干扰是通过电源线骚扰公共电网或通过其他端子（如：射频端子，输入端子）影响相连接的设备。

                                  传导、辐射
骚扰源-----------------------------（途径）------------------------------ 敏感受体
                                   近场耦合

IT、AV设备可能的骚扰源

A） FM接收机、TV接收机本机振荡，基波及谐波由高频头、本机振荡电路产生；
B） 开关电源的开关脉冲及高次谐波，同步信号