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(zai)PCB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)sanweidiancichangfangzhen。sanweidiancichangfangzhenshishezhidiancibianjietiaojianhemoxingwanggechicunbingqiujiemaikesiweifangchengdeguocheng。weiquebaofangzhenjieguojingdu，bianjiechicunyingsheweiPCB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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