產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的EMC設(shè)計(jì)

摘要：傳統(tǒng)電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)思路是產(chǎn)品成型后再進(jìn)行一系列的測(cè)試，通過(guò)測(cè)試判定產(chǎn)品是否符合各項(xiàng)指標(biāo)的要求，但是這種設(shè)計(jì)思路存在的弊端是只能等產(chǎn)品成型后再進(jìn)行驗(yàn)證，項(xiàng)目周期會(huì)非常長(zhǎng)，同時(shí)一旦產(chǎn)品驗(yàn)證失敗，需要進(jìn)行一系列的整改、測(cè)試，這樣對(duì)于整個(gè)項(xiàng)目的周期、成本都是非常大的浪費(fèi)。本文主要是從項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的并行角度闡述如何結(jié)合EMC設(shè)計(jì)到開(kāi)發(fā)過(guò)程中，來(lái)解決這一設(shè)計(jì)管理問(wèn)題。本文網(wǎng)絡(luò)版地址：http：//xvww.eepw.com.cn/article/281889.htm

關(guān)鍵詞：產(chǎn)品開(kāi)發(fā)；EMC；設(shè)計(jì)；整改

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2015.10.013

引言

電子技術(shù)正朝著智能化方向飛速發(fā)展。對(duì)于智能化的高科技產(chǎn)品，需要集成多個(gè)功能模塊，而這些模塊之間的兼容性就是當(dāng)前電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重中之重。電磁兼容性是目前電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中比較困難的一項(xiàng)工作，目前國(guó)際對(duì)電磁兼容性方面非常嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)證機(jī)構(gòu)也有嚴(yán)格的產(chǎn)品上市管理體系，這就需要在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中就融入EMC設(shè)計(jì)，只有做到這一點(diǎn)才能夠更加高效的完成一個(gè)優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。

體系管控形成質(zhì)變

傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程分為5個(gè)環(huán)節(jié)，產(chǎn)品的需求分析、方案評(píng)審、設(shè)計(jì)階段、調(diào)試階段、驗(yàn)證階段。按照此開(kāi)發(fā)流程，在調(diào)試階段才會(huì)進(jìn)行EMC測(cè)試，首次對(duì)產(chǎn)品的EMC性能進(jìn)行判定，一旦測(cè)試合格，就進(jìn)行項(xiàng)目結(jié)案，此流程缺點(diǎn)是不清楚產(chǎn)品究竟優(yōu)點(diǎn)在哪里；一旦產(chǎn)品出現(xiàn)問(wèn)題，也只能在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進(jìn)行修補(bǔ)。真正的要想做好產(chǎn)品，必須從產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)初期就將EMC考慮進(jìn)去。

在需求分析階段，對(duì)產(chǎn)品的應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行評(píng)估，包括產(chǎn)品的未來(lái)考慮的市場(chǎng)范圍，對(duì)應(yīng)市場(chǎng)的基本要求。尤其是產(chǎn)品應(yīng)用環(huán)境，特定環(huán)境產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)要重點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估、考量；產(chǎn)品的方案評(píng)審階段需要對(duì)產(chǎn)品具體的指標(biāo)如何在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行考量，包括實(shí)現(xiàn)方式是裸機(jī)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)？還是應(yīng)用電路實(shí)現(xiàn)？需要將這些具體的指標(biāo)進(jìn)行明確：在設(shè)計(jì)階段需要對(duì)硬件電路、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝安裝、接地設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合評(píng)估。傳統(tǒng)的思維模式認(rèn)為只需要設(shè)計(jì)好電路就可以解決EMC問(wèn)題，其實(shí)工藝安裝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、接地設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)品整機(jī)EMC性能的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電路本身。逐個(gè)考慮這些環(huán)節(jié)的EMC問(wèn)題，并在這個(gè)階段把所有的風(fēng)險(xiǎn)都預(yù)估出來(lái)，同時(shí)要有對(duì)策保障，只有做到這一點(diǎn)才能夠在下個(gè)環(huán)節(jié)“調(diào)試階段”處理地得心應(yīng)手；調(diào)試階段必須對(duì)產(chǎn)品立項(xiàng)階段制定的指標(biāo)一一進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)于出現(xiàn)的問(wèn)題再利用設(shè)計(jì)階段中設(shè)計(jì)的措施進(jìn)行調(diào)整，這樣就可以系統(tǒng)的解決問(wèn)題，收尾驗(yàn)證就按照行業(yè)要求進(jìn)行認(rèn)證上市。

細(xì)節(jié)決定成敗

2.1端口電路設(shè)計(jì)

供電端口電路有必不可少的三部分：安全防護(hù)、濾波電路及電源轉(zhuǎn)換，關(guān)于這三部分的布局設(shè)計(jì)必須遵守走直線的原則。如果按照?qǐng)D2（1）設(shè)計(jì)，當(dāng)輸入端口的瞬時(shí)脈沖輸入，這種瞬時(shí)脈沖存在高頻分量（如圖3），會(huì)形成走線和走線之間的耦合，從而導(dǎo)致濾波電路失效，甚至隔離電源隔離產(chǎn)生的穩(wěn)定直流電壓也會(huì)受到影響，實(shí)現(xiàn)不了原有的設(shè)計(jì)功能。要把電路的設(shè)計(jì)功能落實(shí)到實(shí)際的應(yīng)用中，就如上面所講，必須按照走直線的原則如圖2（2）進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.2I/O口電路設(shè)計(jì)

I/O口電路的設(shè)計(jì)同樣受到PCB布局及接地設(shè)計(jì)的影響。如圖4（1）的端口防護(hù)器件的接地和后端被保護(hù)IC的地進(jìn)行共地設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)一旦瞬態(tài)脈沖被鉗位卸放到地上面，由于這個(gè)地同時(shí)也是IC的參考地，很容易導(dǎo)致IC地電位抬高而出現(xiàn)異常；改善方案主要有兩種：如果系統(tǒng)是兩線制設(shè)備（無(wú)地線）系統(tǒng)外殼也是非金屬材質(zhì)，此地線設(shè)計(jì)也必須將IC的參考地和防護(hù)器件的地分開(kāi)，不能共用在一起，但是由于此系統(tǒng)屬于無(wú)地線系統(tǒng)，可以采用這兩個(gè)部分分別鋪設(shè)不同的接地區(qū)域，然后使用Y電容將兩個(gè)區(qū)域的地線連接在一起。另外一種是系統(tǒng)有設(shè)計(jì)地線或者外殼屬于金屬外殼，這種情況就可以將防護(hù)器件的接地直接連到外殼地或者通過(guò)Y電容連接到外殼地，但是一定要和IC的參考地分開(kāi)。

上面提到的PCB走線的設(shè)計(jì)導(dǎo)致防護(hù)電路失效的問(wèn)題，通過(guò)圖5就可以看到端口設(shè)計(jì)了TVS管防護(hù)ESD，但是如果布線按照?qǐng)D5（1）這樣走線，極易導(dǎo)致IC損壞，但是TVS管還沒(méi)有動(dòng)作的，主要是由于現(xiàn)有的ESD或者EFT都是高頻干擾，走線阻抗常大，所以對(duì)于端口的防護(hù)電路設(shè)計(jì)一定要遵守靠近端口的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)PCB。

2.3EMI電路設(shè)計(jì)

金升陽(yáng)電源在電磁干擾方面內(nèi)部增加了濾波電路、屏蔽措施等，保證符合承諾的各項(xiàng)指標(biāo)要求，但是電源在應(yīng)用方面還是難免出現(xiàn)電磁干擾超標(biāo)的問(wèn)題；此時(shí)，很多設(shè)計(jì)工程師都會(huì)認(rèn)為問(wèn)題的根源在于電源，這種其實(shí)是有誤區(qū)，因?yàn)殡姶鸥蓴_傳導(dǎo)騷擾測(cè)試項(xiàng)目，主要是針對(duì)電源端口，那么電源端口就成了其傳輸路逕，所有的電磁干擾都會(huì)經(jīng)過(guò)電源端口到達(dá)被測(cè)設(shè)備，測(cè)試設(shè)備測(cè)試到的電磁干擾除了來(lái)自電源本身外，主要還包括整機(jī)中的其他部分產(chǎn)生的電磁干擾，以及設(shè)備內(nèi)部寄生參數(shù)的諧振產(chǎn)生的電磁干擾。電源內(nèi)部的濾波器無(wú)法對(duì)這類電磁干擾進(jìn)行抑制，這些電磁干擾就通過(guò)電源端口耦合到測(cè)試設(shè)備。為了應(yīng)對(duì)千差萬(wàn)別的應(yīng)用環(huán)境，電源廠家設(shè)計(jì)濾波器時(shí)，除了抑制電源內(nèi)部干擾，還會(huì)考慮到濾波器衰減特性及頻譜特性，盡量預(yù)留最大的設(shè)計(jì)余量。那么這就要求整機(jī)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)電源前端時(shí)候，一定要按照電源廠家推薦的應(yīng)用電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如：LH15產(chǎn)品應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)EMI超標(biāo)問(wèn)題（見(jiàn)圖6）。

圖6為金升陽(yáng)電源LH15-13805傳導(dǎo)騷擾測(cè)試結(jié)果，此結(jié)果符合EN55022/CISPR22的CLASS B要求，而且余量非常充分。

圖7為金升陽(yáng)電源LH15-13B05的電源應(yīng)用到某品牌產(chǎn)品上面后，整機(jī)測(cè)試傳導(dǎo)騷擾結(jié)果，此結(jié)果無(wú)法符合EN55022/CISPR22的CLASS B要求，甚至連CLASS A都無(wú)法滿足要求，更不用說(shuō)設(shè)計(jì)余量。

所以電源即使內(nèi)部電磁干擾設(shè)計(jì)等級(jí)再高，在應(yīng)用過(guò)程中一定要留應(yīng)用部分，具體參數(shù)可參考具體產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的規(guī)格書(shū)。

結(jié)語(yǔ)

整機(jī)電磁兼容設(shè)計(jì)其實(shí)是一個(gè)系統(tǒng)性工程，任何一個(gè)點(diǎn)設(shè)計(jì)不到位都可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)失敗，甚至?xí)冻龀林氐某杀敬鷥r(jià)。目前，行業(yè)內(nèi)對(duì)于這方面的設(shè)計(jì)失敗原因局限于電源方面，而忽視PCB設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及接地設(shè)計(jì)等方面。有效解決EMC問(wèn)題，需要在設(shè)計(jì)初期就充分評(píng)審指標(biāo)定位、應(yīng)用環(huán)境；在設(shè)計(jì)過(guò)程中充分評(píng)審電路圖設(shè)計(jì)、原材料選型、PCB繪制、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝安裝等各方面，不斷地優(yōu)化開(kāi)發(fā)流程，實(shí)現(xiàn)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中考量所有問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

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