EMI问题8大解决方案与电磁干扰抑制技术

彻底解决EMI问题的8个关键对策1. EMI问题概述电磁干扰(EMI)是电子设备设计中必须面对的重要挑战。传导干扰主要分为差模干扰(DI)和共模干扰(CI)两种类型。传导干扰的产生源于回路电流每个电流回路都可以视为一个感应线圈或变压器线圈的初、次级绕组当某个回路中有电流流过时相邻回路中会产生感应电动势从而形成干扰。2. 解决EMI问题的8个关键对策2.1 对策一最小化回路有效面积减少电磁干扰最有效的方法是尽量减小每个电流回路的有效面积。如图1所示回路电流会产生传导干扰。通过减小回路面积可以显著降低磁场耦合效应从而减少干扰信号的产生和传播。2.2 对策二屏蔽与导体优化如图2所示e1-e4为磁场对回路感应产生的差模干扰信号e5-e8为磁场对地回路感应产生的共模干扰信号。降低辐射干扰的方法包括采用适当的屏蔽措施减小各电流回路的面积针对磁场干扰减小带电导体的面积和长度针对电场干扰特别需要注意的是线路板中的公共端不应随意与外壳相接除非机壳可靠接大地否则会增大辐射天线的有效面积导致共模辐射干扰更加严重。2.3 对策三变压器漏磁处理在所有电磁感应干扰中变压器漏感产生的干扰最为严重。如图3所示变压器漏感可视为初级线圈其他回路则相当于次级线圈因此在变压器周围的回路中都会被感应产生干扰信号。解决方案包括对变压器进行有效的磁屏蔽尽量减小每个电流回路的有效面积2.4 对策四铜箔屏蔽技术如图4所示对变压器进行屏蔽的主要目的是减小变压器漏感磁通对周围电路产生的电磁感应干扰以及对外部的电磁辐射干扰。虽然铜箔等非导磁材料不能直接屏蔽漏磁通但由于铜是良导体交变漏磁通穿过铜箔时会产生涡流而涡流产生的磁场方向与漏磁通相反因此可以部分抵消漏磁通达到良好的屏蔽效果。2.5 对策五双线传输与阻抗匹配如图5所示当两根相邻导线中的电流大小相等、方向相反时它们产生的磁力线可以互相抵消。对于易受干扰或干扰严重的电路尽量采用双线传输信号避免利用公共地传输信号保持公共地电流尽可能小以减小干扰当导线长度等于或大于四分之一波长时必须考虑传输线的阻抗匹配避免产生驻波和强辐射干扰2.6 对策六电流回路面积优化如图6和图7所示磁场辐射干扰主要由流过高频电流回路产生的磁通窜入接收回路引起。因此设计时应尽量减小高频电流回路的面积减小接收回路的面积以图7中的S1回路整流输出滤波回路为例其中流过的电流i1在所有回路中最大产生的磁场干扰也最严重应特别关注其面积的最小化。而S2回路中基本没有高频电流主要是电源纹波电流高频成分较少面积要求相对宽松。2.7 对策七避免回路串联供电如图7所示多个电流回路串联供电容易产生电流共模干扰特别是在高频放大电路中会导致高频噪音。这是因为∆I2 ∆I3 ∆I4 ∆I5的关系存在。改进方案如图8所示采用并联供电方式使每个电流回路相互独立从根本上避免了电流共模干扰的产生。2.8 对策八防止干扰信号谐振如图9所示共模天线的一极是整个线路板另一极是连接电缆中的地线。减小辐射干扰最有效的方法包括对整个线路板进行屏蔽并确保外壳接地减小导体长度和表面积针对电场干扰减小电流回路的长度和面积针对磁场干扰特别需要注意的是当载流体的长度等于干扰信号四分之一波长的整数倍时干扰信号会在电路中产生谐振此时辐射干扰最强设计中应尽量避免这种情况。3. 干扰波形频谱分析任何非正弦波都可以视为多个上升和下降速率不同的信号或不同频率的正弦波的叠加。电磁辐射强度与电压或电流的变化速率成正比。通过分析各种干扰脉冲波形的频谱特性如图10所示可以更好地理解干扰信号的组成特征为EMI设计提供理论依据。