产品开发过程中的EMC设计范文

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电子技术正朝着智能化方向飞速发展。对于智能化的高科技产品，需要集成多个功能模块，而这些模块之间的兼容性就是当前电子产品设计的重中之重。电磁兼容性是目前电子产品开发过程中比较困难的一项工作，目前国际对电磁兼容性方面非常严格标准，认证机构也有严格的产品上市管理体系，这就需要在产品开发过程中就融入EMC设计，只有做到这一点才能够更加高效的完成一个优质的产品。

1体系管控形成质变

传统的开发流程分为5个环节，产品的需求分析、方案评审、设计阶段、调试阶段、验证阶段。按照此开发流程，在调试阶段才会进行EMC测试，首次对产品的EMC性能进行判定，一旦测试合格，就进行项目结案，此流程缺点是不清楚产品究竟优点在哪里；一旦产品出现问题，也只能在现有的基础上进行修补。真正的要想做好产品，必须从产品的开发初期就将EMC考虑进去。在需求分析阶段，对产品的应用环境进行评估，包括产品的未来考虑的市场范围，对应市场的基本要求。

尤其是产品应用环境，特定环境产品实现的技术指标要重点进行评估、考量；产品的方案评审阶段需要对产品具体的指标如何在产品设计过程进行考量，包括实现方式是裸机状态实现？还是应用电路实现？需要将这些具体的指标进行明确；在设计阶段需要对硬件电路、结构设计、工艺安装、接地设计、PCB设计进行综合评估。传统的思维模式认为只需要设计好电路就可以解决EMC问题，其实工艺安装、结构设计、接地设计、PCB设计对产品整机EMC性能的影响远远大于电路本身。逐个考虑这些环节的EMC问题，并在这个阶段把所有的风险都预估出来，同时要有对策保障，只有做到这一点才能够在下个环节“调试阶段”处理地得心应手；调试阶段必须对产品立项阶段制定的指标一一进行验证，对于出现的问题再利用设计阶段中设计的措施进行调整，这样就可以系统的解决问题，收尾验证就按照行业要求进行认证上市。

2细节决定成败

2.1端口电路设计供电端口电路有必不可少的三部分：安全防护、滤波电路及电源转换，关于这三部分的布局设计必须遵守走直线的原则。如果按照图2(1)设计，当输入端口的瞬时脉冲输入，这种瞬时脉冲存在高频分量（如图3），会形成走线和走线之间的耦合，从而导致滤波电路失效，甚至隔离电源隔离产生的稳定直流电压也会受到影响，实现不了原有的设计功能。要把电路的设计功能落实到实际的应用中，就如上面所讲，必须按照走直线的原则如图2(2)进行设计。

2.2I/O口电路设计I/O口电路的设计同样受到PCB布局及接地设计的影响。如图4(1)的端口防护器件的接地和后端被保护IC的地进行共地设计，这种设计一旦瞬态脉冲被钳位卸放到地上面，由于这个地同时也是IC的参考地，很容易导致IC地电位抬高而出现异常；改善方案主要有两种：如果系统是两线制设备（无地线）系统外壳也是非金属材质，此地线设计也必须将IC的参考地和防护器件的地分开，不能共用在一起，但是由于此系统属于无地线系统，可以采用这两个部分分别铺设不同的接地区域，然后使用Y电容将两个区域的地线连接在一起。另外一种是系统有设计地线或者外壳属于金属外壳，这种情况就可以将防护器件的接地直接连到外壳地或者通过Y电容连接到外壳地，但是一定要和IC的参考地分开。上面提到的PCB走线的设计导致防护电路失效的问题，通过图5就可以看到端口设计了TVS管防护ESD，但是如果布线按照图5(1)这样走线，极易导致IC损坏，但是TVS管还没有动作的，主要是由于现有的ESD或者EFT都是高频干扰，走线阻抗常大，所以对于端口的防护电路设计一定要遵守靠近端口的原则进行设计PCB。

2.3EMI电路设计金升阳电源在电磁干扰方面内部增加了滤波电路、屏蔽措施等，保证符合承诺的各项指标要求，但是电源在应用方面还是难免出现电磁干扰超标的问题；此时，很多设计工程师都会认为问题的根源在于电源，这种其实是有误区，因为电磁干扰传导骚扰测试项目，主要是针对电源端口，那么电源端口就成了其传输路迳，所有的电磁干扰都会经过电源端口到达被测设备，测试设备测试到的电磁干扰除了来自电源本身外，主要还包括整机中的其他部分产生的电磁干扰，以及设备内部寄生参数的谐振产生的电磁干扰。电源内部的滤波器无法对这类电磁干扰进行抑制，这些电磁干扰就通过电源端口耦合到测试设备。为了应对千差万别的应用环境，电源厂家设计滤波器时，除了抑制电源内部干扰，还会考虑到滤波器衰减特性及频谱特性，尽量预留最大的设计余量。那么这就要求整机设计人员在设计电源前端时候，一定要按照电源厂图7整机测试传导骚扰家推荐的应用电路进行设计，例如：LH15产品应用过程中出现EMI超标问题（见图6）。图6为金升阳电源LH15-13B05传导骚扰测试结果，此结果符合EN55022/CISPR22的CLASSB要求，而且余量非常充分。图7为金升阳电源LH15-13B05的电源应用到某品牌产品上面后，整机测试传导骚扰结果，此结果无法符合EN55022/CISPR22的CLASSB要求，甚至连CLASSA都无法满足要求，更不用说设计余量。所以电源即使内部电磁干扰设计等级再高，在应用过程中一定要留应用部分，具体参数可参考具体产品对应的规格书。

3结语

整机电磁兼容设计其实是一个系统性工程，任何一个点设计不到位都可能导致设计失败，甚至会付出沉重的成本代价。目前，行业内对于这方面的设计失败原因局限于电源方面，而忽视PCB设计、结构设计及接地设计等方面。有效解决emc问题，需要在设计初期就充分评审指标定位、应用环境；在设计过程中充分评审电路图设计、原材料选型、PCB绘制、结构设计、工艺安装等各方面，不断地优化开发流程，实现在开发过程中考量所有问题。

作者：马海军 单位：广州金升阳科技有限公司