EMI輻射設(shè)計理論和思路

01

EMI輻射的基本理論

EMI輻射的基本理論：

輻射的一個重要基本概念是：電流導(dǎo)致輻射，而非電壓；

A. 所有的等電位的導(dǎo)體都能互連在一起，能連的都連上；不能連的用電容連上，電容連接就是濾波的方法！

B.所有的EMI的輻射問題都是遠(yuǎn)場的輻射！遠(yuǎn)場的輻射怎么出來？一定是騷擾信號源傳遞到了一個等效的天線模型上。由此建立等效的天線模型如下：

通過上面的電纜天線模型以及信號互聯(lián)的關(guān)鍵點： A.信號源（噪聲源）總是要返回其源頭，由上圖可知回路可能有許多不同的路徑； B.每條路徑上的電流幅值都不相同，這會與該路徑的阻抗有關(guān)； C.不希望某些電流在其中某條路徑上流動 因此就需要在該路徑上采取措施！比如：在信號源（噪聲源）串聯(lián)阻抗（共模電感，磁珠等等），對地增加Y電容的設(shè)計；從而改變輻射天線的能量，如上計算公式。 騷擾信號源傳遞到產(chǎn)品中的等效天線，然后傳遞發(fā)射出去產(chǎn)生EMI輻射問題。 1）電流不要流過等效天線，則沒有EMI的輻射問題; 2）電路中導(dǎo)體的所有電位都等電位的時候，就沒有電流存在了； 通過上面的分析可以提供我們基本的設(shè)計思路。讓輻射源不要流過這個等效的天線模型或者流過的等效的環(huán)路路徑最短/等效的回流面積最?。粌?yōu)化等效輻射阻抗Rr的電流值即減小輻射能量。

02

EMI輻射的模型分析

按照天線發(fā)射的模型分為：單極子天線模型，耦極子天線模型，環(huán)天線模型；其中單極子天線是耦極子天線的單極接地模型。我們還可以將模型簡化；變成共模發(fā)射和差模發(fā)射模型，參考如下：

通過上面看到：

上面左圖是電磁波的輻射天線，它是在兩個導(dǎo)體之間有一個電壓，如果電壓是直流的，那么顯然，因為兩個導(dǎo)體之間是開路的，那么導(dǎo)體上面便不會有電流。

如果上面的電壓是變化的，那么因為這兩個導(dǎo)體之間存在雜散電容（分布電容C），就會產(chǎn)生一個電流，這個電流是產(chǎn)生電磁波輻射的重要條件了。

上面右圖是一個環(huán)路天線，如果加到上面的電壓是直流電壓，這個電流只能產(chǎn)生一個靜磁場，這個磁場是沒有輻射的。

而如果加到上面的電壓是變化的電壓，那么會在上面產(chǎn)生交變的電流，由交變的電流產(chǎn)生交變的磁場，就會產(chǎn)生輻射。

在實際的產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)用中我們系統(tǒng)的噪聲源基本是比較容易知道的，或者說比較容易判定；比如噪聲源A.開關(guān)電源系統(tǒng) B.時鐘及高頻信號源系統(tǒng)

通過上面的理論模型，將差模輻射和共模輻射電場能量進行定義比值為K分析：

通過上面的數(shù)據(jù)可以提供設(shè)計思路：

當(dāng)噪聲電流的頻率f≥50MHZ 噪聲電流的回流面積A對輻射影響快速增大；

A.系統(tǒng)測試≥50MHZ輻射超標(biāo)時需要優(yōu)先優(yōu)化關(guān)鍵信號的回流面積

B.對于高頻時鐘需要保證時鐘信號的回流面積最小，減小差模輻射

C.對于低頻開關(guān)電源系統(tǒng)其輻射一般≤100MHZ；

因此需要優(yōu)化開關(guān)噪聲回路面積 同時降低高頻噪聲電流強度（在噪聲源端增加阻抗如磁珠等）；

對于時鐘系統(tǒng)及高頻信號系統(tǒng) 差模輻射及信號的回流面積是設(shè)計的關(guān)鍵；

通過視頻可以看到：高頻線路&低頻開關(guān)電源線路PCB設(shè)計之布局布線策略！

電流怎么走？高頻電流走感抗最低的環(huán)路；而不是最近的路！高頻信號回流路徑通過鏡像回流！開關(guān)電源布局布線要選擇最小回路！對于高頻高速信號采用雙面板及多層板的鋪銅地架構(gòu)設(shè)計是要滿足關(guān)鍵信號的最小回流面積；對于開關(guān)電源系統(tǒng)的EMI輻射需要優(yōu)化開關(guān)噪聲回路面積 同時降低高頻噪聲電流強度的設(shè)計思路！