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EMC整改工程师应该具备的核心思想?

摘要:  一、能从宏观上清晰的认识分布参数、等效分布电容、L、C的低高频不同特性。 例如,理论上的电感L就是只有感量,就是一个储能元件。实际上,真正在使用中的电感是由L+C+R组成的。例如,理论上的电容C就是只有容量,就 ...

一、能从宏观上清晰的认识分布参数、等效分布电容、L、C的低高频不同特性。
  • 例如,理论上的电感L就是只有感量,就是一个储能元件。实际上,真正在使用中的电感是由L+C+R组成的。
  • 例如,理论上的电容C就是只有容量,就是一个储能元件。实际上,真正在使用中的电感是由L+C+R组成的。
电感的分布电容

电感的高频等效电路


电容的引线电感


电容高频等效电路


电阻高频等效电路

所以,在EMC工程师的眼里,实际的LCR,都不是简单的LCR。都必须看清楚电感、电容、甚至电阻,在不同的工作频率呈现的不同特性,我们一定要熟知!!!

二、信号“回流路径”环路为最小。
所有的电信号、包括功率输出从本质上讲,都是符合能量守恒,信号有进有出,有出就必有进(忽略一部分漏感与损耗),只是信号或者功率返回的形式各种各样而已。例如,差分信号就是通过D+、D-,P+、P-、N+、N-……等等正负极性相反,功率幅度一样的差分,仅仅是从信号线上形成信号回路。这样的电路设计在EMC里面理论上是最好的,干扰最小。还有一部分单端信号,是通过GND返回,例如,MCU的IO控制信号,输出仅仅是一条线,然后控制信号返回路径是通过pcb板子上的gnd返回到MCU的GND端。再有就是电源的功率转换,都是有相应的回路,正端+输出,然后通过负端-返回。信号从本质上说,就是环路,即从源到目标(信号线),然后返回到源(返回路径),否则就形成不了信号或电磁干扰(基尔霍夫定理)。

另外,信号始终追寻一个原则,那就是信号或电流从最低阻抗的路径返回到源,由于回流路径(电源平面)存在ESL、ESR,导致低频信号、高频的返回路径迥然不同,不是我们理论上的一条直线,最短距离。
(1)如果返回路径的阻抗大于377欧,信号就会通过空间返回(形成对外的电磁干扰);
(2)如果信号线与其返回路径形成的“环路”面积过大,就容易向外辐射电磁干扰,或接收到外部的电磁场(法拉第电磁感应原理),也就是说,该信号的抗干扰(如静电ESD、辐射抗扰度RS性能差,对外的电磁骚扰过大(RE);
(3)多条信号的返回路径相同,会形成串扰(相互干扰);
(4)信号环路的增大,其ESL相应增加,导致信号产生振荡、过冲等信号完整性问题。

三、PCB、线材特征“阻抗连续”不能不能突变。
作为PCB或硬件工程师,一定要有如下思想:“特征阻抗”是什么?哪些因素影响“特征阻抗”?“特征阻抗”变化会给EMC与SI带来什么危害?
特性阻抗:又称“特征阻抗”,它不是直流电阻,属于长线传输中的概念。在高频范围内,信号传输过程中,信号沿到达的地方,信号线和参考平面(电源或地平面)间由于电场的建立,会产生一个瞬间电流,如果传输线是各向同性的,那么只要信号在传输,就始终存在一个电流I,而如果信号的输出电平为V,在信号传输过程中,传输线就会等效成一个电阻,大小为V/I,把这个等效的电阻称为传输线的特性阻抗Z。信号在传输的过程中,如果传输路径上的特性阻抗发生变化,信号就会在阻抗不连续的结点产生反射。测量特性阻抗时,可在电缆的另一端用特性阻抗的等值电阻终接,其测量结果会跟输入信号的频率有关。


四、能火眼金睛精准识别PCB上的干扰电路与单元模块。

能灵活运用频谱分析仪器、远场粗略排查、近场探头精准定位,能准确找出各线缆摆放、样品组装、样品工作状态等带来的测试误差与不确定度,非常了解试验室测试系统的工作原理与过程,并了解法规。

(1)PCB板上的电磁干扰源有哪些?(电流或电压急剧变化部件,如晶振、总线驱动器、开关电源,以及外部线缆的连接端口、电源输入);

(2)PCB板上的敏感器件或走线有哪此?(低压CPU、晶振、复位信号、开关控制信号、AD芯片);

(3)控制电磁干扰的流向。让电磁干扰尽可能的低阻抗返回到源:如将外部线缆耦合到的电磁干扰,低阻抗的返回到大地,避免其流向敏感电路或器件;规避晶振的高速谐波通过空间或其他信号线返回到源;通过高频滤波电容,控制逻辑器件开关切换时产生的同步开关噪声,防止其干扰共用电源系统的其他器件工作。

(4)PCB板中的电磁干扰的流向控制技术,主要有滤波(电容、磁珠、瞬态抑制)、地线隔离等。

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