一、EMC概述

1.EMC設(shè)計主要針對EMI+EMS，常見的EMI測試包括電源線的傳導(dǎo)騷擾（CE）和輻射發(fā)射（RE）測試，EMS測試包括：ESD、電源線的EFT、電源線的雷擊和浪涌測試、電源線的抗擾度測試;三要素是干擾源、耦合途徑、敏感器件；主要對策：疏（濾波、接地）和堵（屏蔽）

2.用高頻的視角看問題

3.所有信號都是從地流回去的

4.共模干擾與差模干擾：共模干擾往往是指同時加載在各個輸入信號接口段的共有的信號干擾。共模干擾是在信號線與地之間傳輸，屬于非對稱性干擾。共模干擾好比兩個人同時向前或者向后推你，于此相對的差模干擾則是一前一后在拉你。

二、EMC測試模型：

1.輻射發(fā)射測試：

一般都是先將水平和垂直做一遍測試，這時主要是測峰值，然后在針對峰值讀點(diǎn)，讀點(diǎn)測的是平均值，TUV等認(rèn)證時也是讀點(diǎn)；

2.傳導(dǎo)騷擾測試：

2.1需要的儀器：接收機(jī)、LISN網(wǎng)絡(luò)（三相、單相）、參考接地，一個重要的條件是一個2m*2m以上面積的參考地平面，并超出EUT邊界至少0.5m;一般在屏蔽室內(nèi)進(jìn)行，如下圖

2.2電源口傳導(dǎo)騷擾測試的拓?fù)鋱D如下,此時構(gòu)成了一個環(huán)路，成為了天線，此處應(yīng)注意電源線和接地線之間的面積，并且盡量將EUT的接地線接到LISN上，而不要就近接到參考地金屬板上（50R上產(chǎn)生的壓降就是所測量的共模傳導(dǎo)騷擾測試的結(jié)果）

3.靜電放電抗擾度測試：

Cs代表人體電容，Rd代表手握鑰匙或者其他金屬工具的人體電阻。

4. EFT(電快速瞬變脈沖群測試)

5.浪涌測試：包括電源線上的和信號線上的

5.1 電源線及信號線測試框圖如下：

5.2 電源線浪涌發(fā)生器及波形如下：

三、對策：

1.輻射：

輻射的泄露途徑：一種是設(shè)備內(nèi)部的電磁能量通過機(jī)箱的孔縫泄露；一種是設(shè)備的連接線充當(dāng)天線來發(fā)射

1.1機(jī)箱泄露：

1.1.1元件、IC、走線都可能成為輻射源，頻率越高越容易輻射；

1.1.2.機(jī)箱主要分為非屏蔽的塑料機(jī)箱和有屏蔽效果的金屬機(jī)箱或在內(nèi)部噴涂一層金屬的塑料機(jī)箱這兩種；非屏蔽機(jī)箱會直接將輻射泄露出去，屏蔽效果不好的話，屏蔽層上的孔縫也會成為天線

1.1.3. 對策：屏蔽層盡可能的完整，即使有孔縫，也要保證孔縫長度不足以成為設(shè)備內(nèi)最高頻率的天線（一般要求孔縫長度應(yīng)為：1＜λ／20(商用設(shè)備，屏蔽效能20dB)或1＜λ／50(軍用設(shè)備，屏蔽效能28dB)，λ為設(shè)備內(nèi)可能輻射的最高頻率的波長

）

1.1.4. 現(xiàn)場調(diào)試：

1.1.4.1如果是金屬機(jī)箱

首先，確定泄露途徑，是機(jī)箱還是連接線，拆除設(shè)備的連接線，對比拆除輻射的強(qiáng)度，若無明顯變化，則顯然主要是機(jī)箱泄露；然后，近場探測找到泄露點(diǎn)，用頻譜儀進(jìn)行近場探測不同的頻率，找到輻射較強(qiáng)的點(diǎn)，即為泄露點(diǎn)（之一）；再次，針對泄露點(diǎn)貼金屬導(dǎo)電帶或銅箔，并使其與機(jī)箱的金屬表面（地）有良好接觸，若有明顯改善，在后續(xù)修改孔縫的尺寸，如添加導(dǎo)電襯墊、采用波導(dǎo)、縮短連接螺絲的間距等。

1.1.4.2 如果是非金屬機(jī)箱

近場探測元器件走線等，找到輻射源后，對元器件添加屏蔽，修改時鐘頻率，或者修改走線，減小走線環(huán)路等。

1.2設(shè)備連接線的輻射：

1.2.1 I/O連接線或者控制線成為天線，沒有負(fù)載時只有共模電流沒有差模電流，連接線作為天線主要是以共模電流輻射為主，共模電流產(chǎn)生的磁場方向相同磁場疊加變得更強(qiáng)。

1.2.1.1 共模電流輻射的條件：

產(chǎn)生共模電流輻射的條件一是要有共模驅(qū)動源，二是要有共模天線。

任何兩個金屬體之間只要存在射頻電位差就構(gòu)成共模輻射系統(tǒng)，兩個金屬體分別是它的不對稱振子天線的兩個極。射頻電位差即為共模驅(qū)動源，它通過不對稱振子天線向空間輻射電磁能量。

由于C=εs/4πkd；當(dāng)頻率達(dá)到MHz級時nH的小電感和pF級的小電容都將產(chǎn)生重要影響。兩個導(dǎo)體連接處的小電感能產(chǎn)生射頻電位差，例如圖2中的數(shù)字地和模擬地之間的連接線的小電感，圖3中機(jī)殼與印刷板之間連接線的小電感等都是產(chǎn)生共模驅(qū)動源的根源。沒有直接連接點(diǎn)的金屬體也可能通過小電容變成天線的一部分，例如圖5中的散熱片與開關(guān)管是絕緣的，但可以通過它們之間的小電容在射頻頻率上連接起來，構(gòu)成共模天線的一部分。

共模天線的一個極必定是設(shè)備的外部連接線，另一個極可以是設(shè)備內(nèi)部PCB的地線、電源面、機(jī)殼、散熱片、金屬支架等等。

1.2.2共模電流輻射有三種類型：電流驅(qū)動型、電壓驅(qū)動型、磁耦合型。

1.2.2.1 電流驅(qū)動型：

差模的電壓源在回路地上產(chǎn)生壓降，成了驅(qū)動源；有了源還差天線，天線就是除了此回路地以外的與他連接的地線和外接線纜（天線上走的是共模電流，由于它是由Idm產(chǎn)生的，so叫電流驅(qū)動型）；這里告訴我們地線 要盡可能的低阻抗，少感性；圖1為電流驅(qū)動模型，圖2圖3為舉例

1.2.2.2 電壓驅(qū)動型：

由差模電壓源直接驅(qū)動天線的兩個部分，即上金屬部分與下金屬部分

1.2.2.3 磁耦合型：

1.2.2.4 還有一種情況需要格外注意，屏蔽電纜“豬尾巴”引起的輻射，舉例及驅(qū)動模型如下

1.3輻射調(diào)試對策總結(jié)：

1.3.1i. 利用頻譜儀等確定是機(jī)箱泄露還是連接線輻射

1.3.2. 機(jī)箱泄露：找到泄露點(diǎn)加以屏蔽；連接線輻射：加磁環(huán)等

1.4. 輻射發(fā)射的對策：

1.4.1.干擾源的類型：dV/dt or dI/dt(繼電器、電機(jī)、數(shù)字信號陡峭的沿等)

1.4.2.天線：走線長度是信號波長的1/4的整數(shù)倍時,走線成為天線（v=λf），eg電機(jī)驅(qū)動板上的相線，氣泡傳感器的發(fā)射接收線。

1.4.3.帶長線輸出的接口：信號，磁珠阻斷發(fā)射+電容吸收高頻or共模濾波器；電源：在長電線的兩端各添加一個0.01uF或0.001uF旁路電容，以吸收高頻，共模濾波器使用場合如總電源入口，差分信號如485等。

1.4.4.環(huán)路和PCB走線、過孔都能有電感，因此要求小環(huán)路（電源環(huán)路->去耦電容的走線與接地），短走線（IO和晶振，），少過孔（也可在附近打地過孔，提供較近的回路）

1.4.5.電源去耦：電源的環(huán)路盡量小，以較小電源上高頻噪聲的發(fā)射，電路中RF的能量是和I*A*f成正比的，I是電源回路中的電流，A是回路的面積，f是電流的頻率

1.4.6.地的布局：地層要放在主要元件層的下方，這能更好的吸收靜電和吸收高頻

1.4.7.元件布局和走線不相容的元件和信號線（數(shù)字與模擬、高頻與低頻、大電流與小電流、高壓與低壓）應(yīng)盡量遠(yuǎn)離，不要平行走線，不同層上走線要互相垂直；

1.4.8.高速的角度看問題：高速信號線要考慮阻抗匹配，走線要保持阻抗保持不變，避免出現(xiàn)寬窄不一、過孔等；

1.4.9.對于電場耦合的輻射要盡量降低電路的阻抗，磁場耦合的輻射要增加電路的阻抗

1.4.10.屏蔽：采用屏蔽電纜或帶屏蔽的連接器，要保證電纜屏蔽層與插頭的金屬外殼要360度搭接，不能出現(xiàn)“豬尾巴”現(xiàn)象，且與插座及機(jī)殼屏蔽層有良好搭接

2.ESD:

2.1ESD讓產(chǎn)品失效的三個要素：瞬時涌入的大電流（熱效應(yīng)及EMI），電壓波動，靜電輻射場強(qiáng)

2.2 ESD的基本原理和對策的基本思想:靜電放電是一種高能量款頻譜的電磁騷擾，頻譜范圍可以達(dá)到數(shù)百兆赫茲（波形是連續(xù)的），稍微長一點(diǎn)的導(dǎo)線都可能形成有效的感性耦合，也會與產(chǎn)品內(nèi)部的導(dǎo)體（兩個金屬板即構(gòu)成了電容）或通過寄生電容產(chǎn)生容性耦合；泄放到地；

2.3 基本對策：ESD的上升沿0.7ns-1ns, di/dt –>磁珠/電感+電容，TVS，瞬時電流在2KV時7.5A，8KV時達(dá)到30A；

2.3.1 電容TVS要良好的接地，并且對信號的走線不要太長；

2.3.2 需要通過長線和主板連接的小板，且較靠近整機(jī)外部，如1800的指示燈板，最好在長線的兩端都加TVS（這里主要是考慮到導(dǎo)線在高頻時的感性及TVS的使用技巧）;

2.3.3 設(shè)備的裸露金屬：在接大地時，要單點(diǎn)接地，避免星形接地，以免形成較大環(huán)路，增加射頻噪聲，降低EMC性能，同時此處的大地要考慮和工作地及板上信號的安全距離和爬電距離，如電源板及電機(jī)驅(qū)動板下的與泵門把手相連處。

2.3.4 接地：地層要盡可能的完整，保持電阻不變；外層與地層盡可能的多打地過孔，以保證泄放的暢通；

2.3.5 信號輸出加緩沖，便面CPU1的iO與CPU2的io直連，如1800的主與電源板

3.軟件的EMC

3.1軟件干擾舉例：

3.1.1微控制器無響應(yīng)；

3.1.2編程計數(shù)器失控

3.1.3執(zhí)行意外指令

3.1.4地址指向錯誤

3.1.5子程序執(zhí)行錯誤

3.1.6寄生復(fù)位

3.1.7寄生中斷

3.1.8I/O失靈

3.2軟件故障的后果舉例：

3.2.1意外指令

3.2.2上下文丟失

3.2.3進(jìn)程中的意外分支

3.2.4中斷丟失

3.2.5數(shù)據(jù)完整性丟失

3.2.6輸入測量值錯誤

3.3 軟件的EMC預(yù)防技術(shù)：

3.3 .1看門狗：復(fù)位后盡快使能看門狗，勿在中斷中刷新看門狗

3.3 .2保護(hù)未使用的存儲區(qū)：用代碼填充未使用的存儲區(qū)（指令冗余）；此代碼用以強(qiáng)制看門狗復(fù)位或者跳轉(zhuǎn)到已知的程序（軟件陷阱）

3.3 .3輸入濾波：算術(shù)平均濾波、滑動平均濾波、中位值濾波、去極值平均濾波

3.3 .4管理未使用的中斷向量：對未使用的中斷向量分配有效的中斷程序地址，并在中斷程序中能有效返回

3.3 .5針對AD：采取濾波措施，并存儲在RAM中

3.3 .6頻繁刷新寄存器：涉及的寄存器為時鐘控制寄存器或IO配置和數(shù)據(jù)寄存器（這些寄存器接近于芯片輸出焊盤），尤其是在驅(qū)動程序或者LCD顯示中

3.3 .7針對不用的IO口：最好配置為輸出低電平，這樣不僅可以降低功耗，還可以避免其成為發(fā)射源

3.4.軟件的EMC自動恢復(fù)技術(shù)：

3.4.1將上下文保存在RAM中：

3.4.2使用看門狗：用看門狗檢查各個軟件程序的運(yùn)行時間，一旦出現(xiàn)異常則立即復(fù)位或轉(zhuǎn)到軟件復(fù)位程序

3.4.3使用復(fù)位標(biāo)志標(biāo)識復(fù)位源：區(qū)分各種復(fù)位源，以實(shí)現(xiàn)快速恢復(fù)

4. EFT

4.1關(guān)于EFT的對策一般從三個方面入手：

1） 改變EFT電流的流向，使其不經(jīng)過產(chǎn)品中的敏感電路

2）在EFT干擾電流還未到達(dá)敏感電路之前進(jìn)行抑制，如在電源入口處添加對EFT有抑制作用的濾波器

3） 增加電路本身的抗干擾能力

其中，1）和3）是在產(chǎn)品最初設(shè)計時就要考慮的，2）是產(chǎn)品后期解決EFT的最有效最簡單的方法，比如在電源入口處加磁環(huán)，并在其上繞幾圈，但，在繞線時要使輸入輸出端原理，注意線間的耦合。

四.一些常見概念：

4.1 過孔的寄生參數(shù)：

4.1.2過孔的寄生電容：過孔的寄生電容會給電路造成的主要影響是延長了信號的上升時間，降低了電路的速度，并且隨著過孔的增加，電容實(shí)現(xiàn)的是并聯(lián)，即電路的速度越來越慢。

過孔本身存在著對地的寄生電容，如果已知過孔在鋪地層上的隔離孔直徑為D2,過孔焊盤的直徑為D1,PCB板的厚度為T,板基材介電常數(shù)為ε,則過孔的寄生電容大小近似于：C=1.41εTD1/(D2-D1)；

舉例來說，對于一塊厚度為50Mil的PCB板，如果使用內(nèi)徑為10Mil，焊盤直徑為20Mil的過孔，焊盤與地鋪銅區(qū)的距離為32Mil,則我們可以通過上面的公式近似算出過孔的寄生電容大致是：C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF。

4.1.2過孔的寄生電感：寄生串聯(lián)電感會削弱旁路電容的貢獻(xiàn)，減弱整個電源系統(tǒng)的濾波效果。

一個過孔近似的寄生電感：L=5.08h[ln(4h/d)+1]其中L指過孔的電感，h是過孔的長度，d是中心鉆孔的直徑。從式中可以看出，過孔的直徑對電感的影響較小，而對電感影響最大的是過孔的長度。上面的例子，可以計算出過孔的電感為：L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH 。

4.1.3對策：信號線盡量不換層，若一定要換層，可在過孔周圍多打地過孔，以提供較近的回路；電源和地的過孔要就近打孔，且走線盡可能的短而粗

4.2.電源及地布局布線：

4.2.1 去耦電容、儲能電容、磁珠的放置：一般來說，電源附件要加去耦電容，針對強(qiáng)驅(qū)動的還要添加儲能電容，磁珠用來抑制外部的干擾，從外部到電源腳的放置順序是：磁珠、儲能電容、去耦電容；

4.2.2 走線及過孔原則：就近過孔、短而粗的走線以保證足夠小的環(huán)路，使得電感特性足夠小

4.2.3 CPU的地和電源：盡量少打過孔以保證地平面的完整；周圍的元件除了去耦電容外和晶振，不要放得太近

4.2.4 連接器上用多根地線，大電流敏感信號輸入輸出等要分開；

4.3 模擬地與數(shù)字地

4.3.1 離散信號和連續(xù)信號的區(qū)別：在規(guī)格書上，數(shù)字信號的0和1有一定的電平范圍，即允許的波動范圍較大，再比如AD采樣等電路的輸入信號有很多mv級別，這時就需要電源的穩(wěn)定

4.3.2 數(shù)字信號的構(gòu)成：方波是由N多個正弦波疊加而成，即方波含有很豐富的頻率成分

4.3.3 接地方式：

4.3.3.1 低頻模擬信號地：除加粗和縮短地線之外，電路各部分采用一點(diǎn)接地是抑制地線干擾的最佳選擇，主要可以防止由于地線公共阻抗而導(dǎo)致的部件之間相互干擾

4.3.3.2高頻數(shù)字電路地：接地線應(yīng)接成閉環(huán)路（若單點(diǎn)接地，相對于高頻信號而言，地線已經(jīng)足以成為天線了）,但環(huán)路不能太大，以免在強(qiáng)磁場時產(chǎn)生感應(yīng)電流：簡單地說，就是你的接地線,最后應(yīng)該是閉合的,而不能是有一端或多端開放.這樣來形容吧:你的布線完成后,地線的情況應(yīng)該是個"口"字或者"凸""凹"等字的形式,不要是"U"或者"L"之類的.

4.3.3.3 鋪地

1.對于不同信號的板子不同處理,比如高頻的要鋪網(wǎng)狀地,低頻的可以鋪實(shí)地.

2.鋪地的作用:減少信號回地電阻,對信號增加屏蔽功能,消除干擾,增加PCB硬度,美觀(導(dǎo)線或PCB走線的直流阻抗雖然在mR以下，但是在高頻時導(dǎo)線的感性會使其擁有很大的阻抗，這樣有電流流過時就會產(chǎn)生很大壓降，長寬比小于3的不帶孔和縫隙的金屬板或PCB平面可以在100Mhz時仍保持3mR的小阻抗，對于TTL電平，可以吸收高達(dá)600A的脈沖電流）。

3.數(shù)字地和模擬地采取單點(diǎn)接地的方式：低頻時影響不大，不同種類地之間用0歐電阻相連；高頻時，用磁珠 0R等都會在ESD和EFT等測試中產(chǎn)生壓降，從而產(chǎn)生嚴(yán)重問題。

3.對于鋪地的形狀和區(qū)域,要具體問題具體分析.要看你利用鋪地的那種功能.當(dāng)然首先不能違反地線的走線規(guī)則.對于一塊PCB可以分不同的區(qū)域鋪地,不能讓干擾通過同層或者其他層的地而引入到其他區(qū)域中.做到模數(shù)分開,強(qiáng)弱分開（別A的地有一部分在B的電源下面）.

4.地線星狀分布,大電流回地盡量短,并避免與小電流地接觸.高頻信號和模擬信號可以有地伴行......

5.單點(diǎn)接地：實(shí)現(xiàn)等電位連接，高頻時尤其要注意最后用長寬比<3的完整地平面來實(shí)現(xiàn)等電位

4.4 實(shí)心銅與網(wǎng)格銅

4.4.1較低頻時，敷實(shí)心銅；較高頻時，敷網(wǎng)格銅。

4.4.2PCB制造商建議我們，設(shè)計時大面積鋪銅時候，最好用網(wǎng)格的，實(shí)心的在PCB過波峰焊時容易出現(xiàn)受熱變形

波峰焊是讓插件板的焊接面直接與高溫液態(tài)錫接觸達(dá)到焊接目的，其高溫液態(tài)錫保持一個斜面，并由特殊裝置使液態(tài)錫形成一道道類似波浪的現(xiàn)象，所以叫"波峰焊"

4.5 差模與共模

4.5.1差模例子：電源板與主控板連線之所以要扎緊或者有些場合使用雙絞線，是因?yàn)樾盘柧€對地是差模電流流動，一來一回，兩個方向的電流產(chǎn)生的磁場也是反向的，可以相互抵消，越近效果越好; 電線或者地環(huán)路上的壓降->差模干擾，如功放的滋滋聲，如ADC采樣

4.5.2 共模例子：如果在計算機(jī)常用的扁平饋線中抽取相鄰的兩根導(dǎo)線，線長1米，導(dǎo)線對上分別加以共模和差模電流，在離導(dǎo)線對3米處按GB9254規(guī)定測量騷擾場強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)表明如果該處場強(qiáng)要達(dá)到B類設(shè)備的限值(30~230 MHz時為40 dBμV／m)，則差模電流要求為20 mA，而共模電流只要8μA，兩者相差2500倍。由此可見，共模電流輻射的抑制是非常重要的。

4.6 電感與磁珠

4.6.1 磁珠的構(gòu)成及用途：采用在高頻段具有良好阻抗特性的鐵氧體材料燒結(jié)而成，專用于抑制信號線、電源線上的高頻噪聲和尖峰干擾，還具有吸收靜電脈沖的能力。

4.6.2 磁珠的主要參數(shù)：

4.6.2.1 標(biāo)稱值：因?yàn)榇胖榈膯挝皇前凑账谀骋活l率產(chǎn)生的阻抗來標(biāo)稱的，阻抗的單位也是歐姆，一般以100MHz為標(biāo)準(zhǔn)，比如我們公司的風(fēng)華的600R磁珠，就是指在100MHz的時候磁珠的阻抗為600歐姆。

4.6.2.2 額定電流：額定電流是指能保證電路正常工作允許通過的電流，比如風(fēng)華的600R的磁珠額定電流是0.3A（實(shí)際通流能力>0.3A）。

4.6.3 電感和磁珠的區(qū)別：

4.6.3.1 構(gòu)成：一匝以上的線圈習(xí)慣稱為電感線圈，少于1匝（導(dǎo)線直通磁珠）的線圈習(xí)慣稱之為磁珠；電感是儲能元件，而磁珠是能量轉(zhuǎn)換（消耗）器件，將高頻轉(zhuǎn)化為熱能；磁珠可以理解成電阻和電感的串聯(lián)；磁珠有很高的電阻率和磁導(dǎo)率，他等效于電阻和電感串聯(lián)，但電阻值和電感值都隨頻率變化。他比普通的電感有更好的高頻濾波特性，在高頻時呈現(xiàn)阻性，所以能在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)保持較高的阻抗，從而提高調(diào)頻濾波效果。

4.6.3.2 用途：磁珠主要用于消除高頻噪聲，象一些RF電路，PLL，振蕩電路，含超高頻存儲器電路（DDR SDRAM，RAMBUS等）都需要在電源輸入部分加磁珠，或者信號線纜（最近的C6 1800 1500），電感多用于LC振蕩或低頻電源回路的濾波；EMC方面：磁珠主要用于抑制電磁輻射干擾，而電感用于這方面則側(cè)重于抑制傳導(dǎo)性干擾

4.6.3 多孔磁珠：有的磁珠上有多個孔洞，用導(dǎo)線穿過可增加組件阻抗（穿過磁珠次數(shù)的平方），不過在高頻時所增加的抑制噪聲能力不可能如預(yù)期的多，而用多串聯(lián)幾個磁珠的辦法會好些。

4.7 TVS

實(shí)用電子上的TVS曲線圖