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为什么您应该在设计早期考虑EMC合规性和EMI对策

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发表于 2019-5-30 16:24:45 | 显示全部楼层 |阅读模式
解EMC合规性的一些历史,一些EMI理论以及一些常见的EMI对策。
EMI合规性的历史
1938年美国EMC(电磁兼容性)一致性测试历史上发生了一个关键时刻:FCC(联邦通信委员会)对发射器发射实施了第一套限制。

根据Com-Power公司的说法,1892年观察到电力线可能会对电报电缆的性能产生负面影响。正是这种观察带来了德国1892年的电报法。随着这一发展,对于有效的监管和精确的EMC测试设备的需求已经诞生。

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和需求,还必须有先进的相应EMC测试设备,以确保这些智能设备从EMI角度安全使用。

“让我们等一下,看看它是否通过”
不幸的是,根据米歇尔·马尔迪基安(Michel Mardiguian)在他的“ 计算机和基于微处理器的设备中的干扰控制”(第v页)一书中所说,“等待它是否通过”确实是一种方法。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,因此在初始设计阶段不予考虑;相反,等待结果测试数据”以确定它是否通过“ “。

如果您作为电子设计师或工程师,没有解决EMI(电磁干扰)问题,或者没有计划来纠正EMC测试失败,那么您将陷入危险的境地。试图对PCB进行创可贴以使其通过EMI测试可能成本高昂,可能既耗时又可能兼顾,或者可能根本无法工作。根据我作为一名执业电气工程师的个人经验,许多工程师 - 以及更多的管理人员 - 根本不了解从设计一开始就解决EMI问题的重要性。

对他们来说,太容易说“让我们以后再担心”。这种反应总让我想起古老的格言:如果你第一次没有时间做正确的话,你什么时候有时间再做一次。提供增加EMI对策(例如,专用于连接金属屏蔽盒的焊盘,或提供足够的电缆长度以添加铁氧体磁珠,或为EMI垫片材料的安装提供足够的区域)可以节省您的时间,金钱并强调如果有必要采取这种反措施。

根据我的经验,有两种选择可供选择:如果您在最终设计中不使用EMI对策,那么很好 - 您可以减少部件数量和相关成本。但如果你确实需要它们,

EMI理论
许多工程师和经理将EMI和EMC相关的问题和理论称为“黑魔法”。但它根本不是魔术。当然,它可能很复杂,可能需要一些数学技能,但如果你理解了概念和/或让合适的人(专家)解决问题,你应该没问题。

受害者概念的来源在EMI领域被广泛接受。当存在EMI问题时,总会有噪声源和受害者发生故障或问题。另外,为了使噪声源产生干扰,在源和受害者之间必须存在耦合路径。因此,可以在以下一个或多个方面减少EMI:
· 来源:通过去耦,屏蔽或简单地减少噪声设计,可以在此级别降低干扰。
· 耦合路径:如果耦合路径是辐射,则通过间隔和/或屏蔽可以减少干扰,或者 如果耦合路径是导电的,则通过使用滤波器可以减小干扰。
· 受害者:通过局部去耦,隔离或屏蔽,或通过重新设计电路/器件,使元件不易受EMI影响,可以减少干扰。
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图1.发射/易感性情况的三个基本要素。图片由Mardiguian提供(第1.2页)

可以以dB(分贝)为单位测量降噪。为了评估使用过滤器或屏蔽的降噪量,我们使用以下表达式:

dB = 20 log10(V OUT / V IN)

例如,将电压衰减10倍(伏特/伏特的比率 - 无量纲数)的屏蔽装置可以说屏蔽装置提供20dB的屏蔽效果。关于分贝值,请参见下面的表1。

表1.分贝作为比率
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根据Mardiguian(第1.2,1.4页),以dB值表示的衰减有效性可分为以下几类:
· 0到10 dB =衰减不良。通过这个量减少传导噪声(或减小EMI场的屏蔽)的滤波器几乎不能为其付出代价。效果可能很明显,但不能依赖它来消除EMI问题。
· 10至30 dB =实现有意义衰减的最小范围。在温和的情况下,EMI问题将被消除。
· 30至60 dB =可以解决平均EMI问题的范围。
· 超过60 dB =获得高于平均值衰减的范围 - 需要特别关注屏蔽和/或滤波器安装(表面处理,衬垫和粘接)的质量和质量。保留用于在极端环境中必须以100%可靠性运行或接近100%可靠性的设备。

常见的EMI对策
以下是常见的EMI对策列表:

金属屏蔽盒
· 这样的盒子模仿法拉第小笼子。他们的意图是尽可能合理地包住所有电噪声元件。
· 请参阅我的拆解星期二的图6和图9  :Leeo Wi-Fi一氧化碳和烟雾警报器,用于屏蔽盒的两个示例。

互连
· 扁平带状电缆:将数字信号与接地连接分开是理想的,尽管并不总是可行的。见下面的图2。
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图2.扁平带状电缆EMI降低选项。

· 双绞线。差分信号相互扭曲,或者单端信号用返回线绞合。对于差分信号,这种方法对接收到的共模噪声非常有效,因为差分接收器将抵消这种噪声。由于在两根导线中沿相反方向行进的电流将产生彼此平衡的场,因此产生的EMI也减小。
· 屏蔽双绞线:在理想化差分信号的情况下,屏蔽是不必要的,但在现实生活中,两条线之间的耦合并不完美,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EMI的影响。
· 通常,非屏蔽电缆用作接收或辐射EMI的天线。通常连接到接地节点的导电屏蔽有助于在EMI对电路产生负面影响之前反射和吸收EMI。
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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。当连接到电缆时,它们有助于减轻接收EMI的影响并减少产生的EMI量。铁氧体磁珠套件(见图4)可用于EMI测试和故障排除,无论是现场故障排除还是EMC一致性测试实验室的测试。


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