物联产品&设备电磁兼容参考设计思路

2019年我在电源网的报告主题是《物联网＆智能设备：EMI的分析与设计技巧》IEC国际标准在对产品及设备展开传导和升空的测量，并对产品产生传导与电磁辐射的值展开容许的目的是符合无线电通信拒绝；无法对无线电通信产生阻碍。对于物联产品＆设备系统本身就不存在无线电通讯（WiFi＆BLE）发射功率，接收灵敏度（EMS）问题；因此产品在向智能化、集成化、多功能化方向发展，在电磁兼容性能上也要有很高的拒绝（EMS和EMI测试皆有涉及拒绝）。

我们在如何自由选择必要的EMC设计方案，对产品设计的胜败起着决定性起到。我对标准化的工业及消费类产品的EMC思路获取参照。1．涉及的标准及判断标准必须符合的EMS、EMI项目及评判等级可参照图１．2．实验测试分析阻碍一般来说分成持续阻碍和瞬态阻碍两类。

如广播电台、手机信号、基站等归属于持续阻碍。由于电源转换，电机制动器等导致电网的波动，此类阻碍我们称作瞬态阻碍。图１中瞬态阻碍包括：浪涌SURGE，静电ESD，电较慢脉冲群EFT／B，电压暂降、短时中断和电压变化DIPS；持续阻碍包括：传导敏感度CS，电磁辐射敏感度RS。

评判等级Ａ所述的“性能不减少”，即阻碍产生后，硬件无伤害，阻碍产生过程中无死机、废黜、数据丢弃帧或误码率较高等问题，样子无阻碍产生到产品一样。一般来说持续性的阻碍的评判等级皆使用此评判等级。瞬态阻碍为偶然性再次发生，且引发的电网阻碍时间不宽，故继续性能减少，也就是评判等级B．A．EMS试验项目及阻碍实质分析浪涌SURGE：波形1．2／50us；8／20us，是一种脉冲宽度为几十个μｓ的脉冲，是一种传导性阻碍，因其脉冲装载较强能量，故必须对所有功能端口做到适当程度的防水，否则不会引发内部电路元件的永久性软受损。静电ESD：波形下降沿为0．7－1ns，是一种脉冲宽度为几十个ｎｓ的脉冲，因其峰值电压范围在数千平等主义万伏，故脉冲也具备一定的能量，需在端口做到防水。

由于其下降沿很陡峭，故其装载的高频谐波很非常丰富，可到几百MHZ，所以静电在仪表所有露出的金属部件（包括端子，螺钉等）展开认识静电或孔缝（包括LED指示灯的开孔，各种风扇和仔细观察孔）时，或分别对水平耦合板和横向耦合板间接静电时，皆不会在静电点瞬时构成一个高频电场，通过空间对电路展开阻碍，这种阻碍是共模阻碍。因此，静电设计时应留意端口维护和空间高频辐射场两方面内容。

电较慢脉冲群EFT／B：波形下降沿为5ns，波形为数个周期脉冲串的人组，能量很低。阻碍的性质和静电一样是共模，阻碍路径既还包括传导也包括电磁辐射。

传导敏感度CS：共模阻碍，阻碍频段从150KHZ到80MHZ。在展开项目试验时，其干扰信号源至产品的线缆长度与阻碍频段（30MHZ）对应的波长λ的1／4相提并论，故在产生阻碍电压的调制频率多达30MHZ时，因趋肤效应，干扰信号主要以空间电磁辐射方式经常出现（高于30MHZ时，主要还是以传导方式阻碍）。电磁辐射敏感度RS：共模阻碍，阻碍频段从80MHZ到1GHZ。

需注意：相连的线缆当作接管天线，阻碍为电磁场的远场。EMI试验项目及阻碍实质分析：试验包括传导升空CE和电磁辐射升空RE。CE的频段为150KHZ－30MHZRE的频段为30MHZ－1GHZ对于标准化的物联及智能产品，主要实地考察其内部电源（一般来说为开关电源）、晶振（还包括有源晶振和无源晶振）等主要侵扰源通过天线（连接线及走线）构成的传导和电磁辐射，在设计时应留意对上述侵扰源的处置（在课题中我有分析）。

3．电磁兼容设计方法A．电磁兼容设计的基本思路经常出现EMC问题，必需有干扰源，耦合路径及脆弱设备三要素，缺乏任何一个环节，皆无法包含ＥＭＣ问题。因此，针对EMC问题，其设计就是针对三要素中的一个或几个采行技术措施，容许或避免其影响，基本思路可分成“木栅”和“上言”两类。“木栅”通过减少共模滤波器，使用光耦等隔绝或线缆套磁环等方式减少共模电阻；“上言”就是通过电容构成高频通路，将共模阻碍引进电阻更加较低的地（PE）或金属壳体等等。

好的EMC设计往往可以通过既“木栅”又“上言”的方式，在成本增加并不大的情况下，可取得较好的EMC性能。B．EMC解决问题手段屏蔽＆短路和滤波是EMC解决问题的三种方法。

4．原理图方面设计在确认产品＆设备必须符合的电磁兼容项目及试验等级后，在原理图设计时就有适当对涉及试验项目展开设计，仅次于程度减少电磁兼容风险和节省项目研发时间。A．端口设计产品＆设备的端口还包括电源端口及信号端口，在EMC测试项目中针对端口的试验还包括浪涌SURGE，静电ESD，电较慢脉冲群EFT／B，传导敏感度CS，传导升空CE，电压暂降、短时中断和电压变化。因此在设计中不应遵循再行展开浪涌防水后展开隔绝／共模滤波的顺序展开。B．浪涌防水设计浪涌分成差模浪涌和共模浪涌两种。

如信号端口（也包括工作电源端口）的进线和返线间为差模浪涌，电路的进线和回线分别对地（短路端子）为共模浪涌。诱导浪涌最常用的器件就是浪涌诱导器件，如气体防电管、压敏电阻、TVS等等。有所不同的端口根据其功能，搭配有所不同的人组方案展开浪涌的防水。

C．共模滤波器的设计通过在端口附近设计共模滤波器，对共模阻碍展开旁路。杂讯共模阻碍也可采行设计隔绝元件等减小共模电阻的方式或通过电容短路（如果端口设计有短路端子，不应符合适当安全性拒绝）的方式来构建。设计共模滤波器，首先要留意系统经常出现的共模阻碍的频段，以便自由选择适合的电感、电容参数。

若必须同时诱导较低、中、高频的共模阻碍，有时可使用低频和高频共模滤波器串联的方式来解决问题。目前的物联网及智能设备产品往往都会使用开关电源，由于开关电源是一个最重要的对外干扰源，必须在端口设计EMI滤波器。另外，从EMS角度考虑到，由于隔绝变压器的输入输出间不存在较小的分布电容，高频共模阻碍可以没什么波动地从输出耦合至输入，因此也必须在开关电源前设计滤波器。

我通过我的培训课程有引荐标准的输出滤波器的电路结构及参数可供参考。标准电路的结构如下；图2当无PE时，输出EMI滤波器就没Y电容的设计。共模扼流圈在绕制中会产生1％左右的漏感，可必要利用来展开差模滤波，若要强化差模滤波，则必须减少差模电感设计。

必须特别强调的是，上面图2右图滤波器在展开PCB布板时，不应尽可能安放附近于端口的方位，且印制线回头线不应留意掌控环路面积，让滤波器取得仅次于的插入损耗。D．脆弱电路及器件设计在设计中必须留意对易接管电磁干扰的电磁脆弱电路和器件的设计。尽可能使用抗扰度高的器件，在功能符合的情况下，尽可能减少晶振的频率，尽可能自由选择下降沿较缓的器件。电容、电感非理想器件的宿主参数，在高频时将不会大大影响其滤波效果，所以对有所不同频段的干扰信号不应自由选择有所不同的滤波参数。

以电容为事例，其频率电阻曲线闻图３．这里必须特别强调的是，该类器件的引线过长时，其高频下宿主参数不会减少自身的谐振频率，建议尽可能使用贴片器件。

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