硬件电路设计的EMC简单考虑

EMC问题三要素

开关电源及数字设备由于脉冲电流和电压具有很丰富的高频谐波，因此会产生很强的辐射。电磁干扰包括辐射型(高频) EMI、传导型(低频)EMI，即产生EMC问题主要通过两个途径:一个是空间电磁波干扰的形式;另一个是通过传导的形式，换句话说，产生EMC问题的三个要素是：电磁干扰源、耦合途径、敏感设备。辐射干扰主要通过壳体和连接线以电磁波形式污染空间电磁环境;传导干扰是通过电源线骚扰公共电网或通过其他端子(如：射频端子，输入端子)影响相连接的设备。

传导、辐射

骚扰源-----------------------------(途径)------------------------------ 敏感受体

近场耦合

IT、AV设备可能的骚扰源

A) FM接收机、TV接收机本机振荡，基波及谐波由高频头、本机振荡电路产生;

B) 开关电源的开关脉冲及高次谐波，同步信号方波及高频谐波，行扫描显像电路产生的行、场信号及高频谐波;

C) 数字电路工作需要的各种时钟信号及高频谐波、以及它们的组合，各种时钟如CPU芯片工作时钟、MPEG解码器工作时钟、视频同步时钟(27MHz，16.9344MHz ，40.5MHz)等;

D) 数字信号方波及高频谐波，晶振产生的高次谐波，非线性电路现象(非线性失真、互调、饱和失真、截止失真)等引起的无用信号、杂散信号;

E) 非正弦波波形，波形毛剌、过冲、振铃，电路设计存在的寄生频率点。

F) 对于敏感受体通过耦合途径接受的外部骚扰包括浪涌、快速脉冲群、静电、电压跌落、电压变化和各种电磁场。

电磁骚扰的特性

① 单位脉冲的频谱最宽;

② 频谱中低频含量取决于脉冲的面积，高频分量取决于脉冲前后沿的陡度;

③ 晶体振荡电平必须满足一定幅度, 数字电路才能按一定的时序工作，使晶振产生的骚扰呈现覆盖带

宽、骚扰电平高的特点;

④ 收发天线极化、方向特性相同时，EMI辐射和接受最严重;收发天线面积越大, EMI危害逾大;

⑤ 骚扰途径：辐射，传导，耦合和辐射、传导、耦合的组合。

⑥ 电源线传导骚扰主要由共模电流产生;

⑦ 辐射骚扰主要由差模电流形成的环路产生。

一般来说，EMC设计可分五个层次。以下为五个层次EMC设计要点：

1)的方案选择、主要部件、集成电路的选型、电路和机械结构设计;

对于产品的成功与否，第一层次设计是最基本、最重要的，任何错误都意味着该产品项目彻底失败。这一层主要EMC考虑体现在：

a) 方案选择、主要部件、集成电路的选型主要考虑减少辐射骚扰或提高射频辐射抗干扰能力，尽量选用本身发射小的芯片，如翻转时间长、工作速率低的器件，多地线脚的芯片(芯片实质就是集成度较高的电路模块，封装时多装地线脚，可以减小高速差模电流环面积S，相应地减小芯片的发射);避免使用大功率、高损耗器件，它们往往是大的辐射源;

b) 保证所选器件不工作在非线性区，以免产生谐波分量成为干扰源。

c) 电路和机械结构设计除考虑减少辐射骚扰或提高射频辐射抗干扰能力外，主要考虑电源电路防外部骚扰包括浪涌、快速脉冲群、静电、电压跌落、电压变化等;

d) 电路设计或方案应不使数字信号波形产生过冲，应使无用的谐波振荡幅度最小，使无用的高次谐波成分最少，避免引发强烈的电磁骚扰;

e) 对集总参数电路，增加阻尼、 减小Q值，防止振荡;

2)PCB的EMC设计;

对于产品的成功与否， PCB的EMC设计是重要的一环。PCB设计不合理，会产生无法补救的后果;

PCB良好的EMC设计，有事半功倍的效果。PCB的EMC设计应遵循以下内容：

a) 尽量减小所有的高速信号及时钟信号线构成的环路面积，连接线要尽可能短，并使信号线紧邻地回路;

b) 使用小型化器件和多层线路板，多层印制板可紧缩布线空间，高频特性好，容易实现EMC;

c) 印制板层数选择考虑关键信号的屏蔽和隔离要求，先确定所需信号层数，然后考虑成本的前提下，增加地平面和电源层是PCB EMC设计最好的措施之一;

d) 印制板分层原理与布置印刷电路、布置排线的原理一样，元件面下面为地平面，关键电源平面与其对应的地平面相邻，相邻层的关键信号不跨区，所有的信号层特别是高速信号、时钟信号与地平面相邻，尽量避免两信号层相邻;

e) 个别电源层、地层不能作为一个连续的平面时，采用多网孔连接形成地格蜂窝网，有效减小电流环路面积，减小公共阻抗R，加大信号与地层分布电容;

f) 线路板布线设计时顺序考虑：电源和地/时钟线/信号线，布线应该短、直、粗、匀，不要直角和突变，不应有“之”字形，用圆角代替尖锐走线，尽可能加宽电源和地的布线，电源和地层的分割，尽量符合微带线和带状线要求;

g) 走线尽可能远离骚扰源，布线考虑铁氧体材料的使用，预留磁珠和贴片滤