電磁兼容的問題真的又這么難么？今天讓我們拋開事物的謎團(tuán)，掌握其本質(zhì)，徹底了解和掌握電磁兼容產(chǎn)生的原因并找到解決的方法，讓工程師睡個(gè)安穩(wěn)覺。眾所周知，張飛老師提出的破解模擬硬件設(shè)計(jì)三大定律，第一，源、回路、阻抗；第二，電路是一個(gè)波形的整形，從無用的波形最終整形有用的波形，包括形態(tài)、相位的整形；第三，對(duì)元器件的參數(shù)、封裝、魯棒性、成本要熟知，這樣才把產(chǎn)品設(shè)計(jì)在臨界區(qū)。我們?cè)诖丝梢赃\(yùn)用第一大定律源、回路、阻抗來融入到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，用第二大定律的波形測(cè)量分析來輔助我們整改電磁兼容問題，用第三大定律的元器件，封裝來優(yōu)化電磁兼容問題。

 

電磁兼容，簡(jiǎn)稱EMC（electromagnetic compatibility)。它包含兩個(gè)方面，一個(gè)是干擾其他的電器產(chǎn)品，簡(jiǎn)稱EMI(electromagnetic interference)，即電磁干擾；另一個(gè)是被其他電器產(chǎn)品干擾，叫抗干擾性，我們用EMS（electromagnetic susceptibility）表示。

 

要想解決電磁兼容問題，我們要先理解頻率帶寬的問題。通俗講帶寬是信號(hào)的頻率，而信號(hào)頻率本質(zhì)是信號(hào)的速度。那么信號(hào)速度的本質(zhì)是什么？是信號(hào)的上升斜率和下降斜率。信號(hào)斜率（包含信號(hào)的上升斜率和下降斜率，這里統(tǒng)稱），信號(hào)斜率越慢，則其絕大多數(shù)只能通過導(dǎo)線傳播，它的頻率一般在0-30M Hz之間，這就是我們傳導(dǎo)測(cè)試重點(diǎn)測(cè)試的地方。信號(hào)的斜率越快（一般的頻率在30M Hz-3Z Hz之間，這就是所謂的帶寬）則可以借助天線向空間輻射，這樣的天線可以包括電源的引入線，包括元器件的圓角，包括走線的直角等。

 

 

EMC測(cè)量的內(nèi)容包含2個(gè)方面，第一傳導(dǎo)測(cè)試，第二輻射測(cè)試。傳導(dǎo)測(cè)試主要測(cè)量引出線，輻射測(cè)試主要測(cè)試空間4米天線、10米天線兩種。

 

 

 

 

 

ESD測(cè)試是關(guān)于靜電測(cè)試，當(dāng)靜電打向產(chǎn)品的時(shí)候，產(chǎn)品不會(huì)出現(xiàn)異常跑飛的現(xiàn)象的測(cè)試。

 

 

 

一般來講，我們把輸入的無用信號(hào)，統(tǒng)稱為噪音。最早的時(shí)候，由于電源發(fā)出一些聲響，我們把這樣的聲響稱為噪音，但是實(shí)際上人耳接受頻段的能力是有限的，2Hz-2KHz。實(shí)際上更多的頻段的信息（無用信號(hào)）是人耳聽不見的，因此我們把凡是對(duì)器件本身無用的信號(hào)稱為噪音。簡(jiǎn)而言之，一切無用的波形皆為噪音。

 

那么，構(gòu)成干擾要有三要素，騷擾源，傳播途徑，敏感設(shè)備。騷擾源分兩種，一種是電場(chǎng)的騷擾源，一種是磁場(chǎng)的騷擾源。

 

干擾示意圖
 

從第一大定律去分析，源--這里的源指的騷擾源，騷擾源包括電場(chǎng)引起的擾動(dòng)，磁場(chǎng)引起的擾動(dòng)，統(tǒng)稱電磁場(chǎng)引起的擾動(dòng)。那么從這個(gè)頻段角度來說，30M以下的傳導(dǎo)擾動(dòng)和30M以上的輻射擾動(dòng)?；芈?-那么30M以下的傳導(dǎo)擾動(dòng)，它的傳播路徑（回路）是引線，也包含PCB走線；30M以上的擾動(dòng)，它的傳播路徑是空間，由天線發(fā)射和接收的空間。阻抗--阻抗就是說在回路中對(duì)波形衰減的能力稱為阻抗。從兩個(gè)大方向去解答，依舊從傳導(dǎo)和輻射來分析。首先，討論下傳導(dǎo)阻抗的問題。傳導(dǎo)的阻抗可以在電路中有兩個(gè)方面，第一個(gè)方面是差模干擾的問題，第二個(gè)是共模干擾的問題。

 

差模干擾是指兩條電源線之間（wire to wire）的，主要通過選擇合適的電容（X電容，也稱安規(guī)電容），和差模線圈來進(jìn)行抑制和衰減。共模干擾則是兩條電源線分別對(duì)大地（簡(jiǎn)稱線對(duì)地）的，主要通過選擇合適的電容（Y電容，也是安規(guī)級(jí)別的），和共模線圈來進(jìn)行抑制和衰減。我們常用的低通濾波器，一般會(huì)同時(shí)具有抑制共模和差模干擾的功能。

 

如下圖，低通濾波器原理圖

 

低通濾波器原理圖
 

如圖1，3為差模電容，2為共模電感，4為共模電容。

 

1，2，3共同組成的叫π型濾波器，1，3組成的電容主要是濾兩根線之間的信號(hào)差，因此而得名。一般這兩個(gè)電容的取值在0.22 uf-1.5 uf。在出現(xiàn)干擾超標(biāo)的時(shí)候，一般解決方法是把這兩個(gè)電容的值加大，但隨著電容容值加大，會(huì)導(dǎo)致漏電流加大，這點(diǎn)需要注意。

 

由于差模電容是接在L和N線兩線之間，那么它和后面的負(fù)載實(shí)際上是并聯(lián)關(guān)系。又由于電容對(duì)低頻次的信號(hào)有很強(qiáng)的阻礙作用，對(duì)高頻次的信號(hào)有很強(qiáng)的導(dǎo)通作用，及低阻抗作用。當(dāng)50Hz-60Hz低頻交流信號(hào)流過電容兩端的時(shí)候，由于電容的阻抗表現(xiàn)極其大，所以電容不起任何作用，等于沒有這個(gè)電容。當(dāng)差模信號(hào)通過的時(shí)候（差模信號(hào)一般是高頻無用信號(hào)），那么電容表現(xiàn)為通路，阻抗很小，在高頻信號(hào)下，則電容相當(dāng)于將后面負(fù)載短路，那么后面負(fù)載就不會(huì)受高頻信號(hào)的干擾。如圖差模電容工作原理所以。以上是運(yùn)用張老師第一大定律源、回路、阻抗來分析差模電容特性。

 

差模電容工作原理
 

2為共模電感，這個(gè)上面有兩根獨(dú)立的線圈，方向相反的繞制在同一個(gè)圓形閉合的磁芯上。由于這兩根導(dǎo)線大小相等，反向相反，因此產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消了。共模電感和后面中的負(fù)載是串聯(lián)關(guān)系，當(dāng)有差分信號(hào)通過時(shí)（差模信號(hào)一般是高頻無用信號(hào)），由于電感對(duì)電流的變化有阻礙作用，那么此時(shí)電感表現(xiàn)為大電阻，而后面負(fù)載類似于小電阻，則電感承擔(dān)了絕大多數(shù)高次諧波的壓降。根據(jù)電阻分壓原則，后面的負(fù)載分得的電壓接近于零。當(dāng)50Hz-60Hz低頻交流信號(hào)流過電感兩端的時(shí)候，由于電感的感抗表現(xiàn)極其小，所以電感幾乎不起任何阻礙作用，等于沒有這個(gè)電感。所以我們說這個(gè)電感對(duì)差分信號(hào)起作用。如圖共模電感工作原理所示。以上仍然是運(yùn)用張老師第一大定律源、回路、阻抗來分析共模電感特性。共模電感的感量選型一般在幾百微亨到幾毫亨級(jí)別。

 

共模電感工作原理
 

4為共模電容，這兩個(gè)電容由于分別連接著L和N兩根線且對(duì)大地的（不是電路中的地，一般電路中的地為GND，也為浮地，而共模電容的地為大地earth），呈Y型狀，因此而得名。由于Y電容一端連接著大地，那么它和后面負(fù)載實(shí)際上并聯(lián)關(guān)系的。如圖共模電容工作原理，當(dāng)50Hz-60Hz低頻交流信號(hào)流過Y電容兩端的時(shí)候，由于電容的阻抗表現(xiàn)極其大，相當(dāng)于斷路，不導(dǎo)通。當(dāng)共模信號(hào)通過的時(shí)候（共模信號(hào)一般是高頻無用信號(hào)），那么電容表現(xiàn)為通路，阻抗很小，高頻信號(hào)通過Y電容到大地，那么后面負(fù)載就不會(huì)受高頻信號(hào)的干擾。以上仍然是運(yùn)用張老師第一大定律源、回路、阻抗來分析共模電容特性。共模電容的取值一般在2200pF-6800pF,其值越大，越容易解決干擾問題，但是漏電也越大，取值要甚重。

 

共模電容工作原理
 

當(dāng)電路中的正常電流流經(jīng)共模電感時(shí)，電流在同相位繞制的電感線圈中產(chǎn)生反向的磁場(chǎng)而相互抵消，此時(shí)正常信號(hào)電流主要受線圈電阻的影響(和少量因漏感造成的阻尼);當(dāng)有共模電流流經(jīng)線圈時(shí)，由于共模電流的同向性，會(huì)在線圈內(nèi)產(chǎn)生同向的磁場(chǎng)而增大線圈的感抗，使線圈表現(xiàn)為高阻抗，產(chǎn)生較強(qiáng)的阻尼效果，以此衰減共模電流，達(dá)到濾波的目的。

 

一般濾波器不單獨(dú)使用差模線圈，因?yàn)楣材ｋ姼袃蛇吚@線不一致等原因，電感必定不會(huì)相同，因此能起到一定的差模電感的作用。如果差模干擾比較嚴(yán)重，就要追加差模線圈。