电磁干扰通常有两种情形,即传导干扰和辐射干扰。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络。因此对EMC问题的研究实际上就是对干扰源、耦合途径、敏感设备三者之间关系的研究。电磁兼容设计就是针对电子产品中产生的电磁干扰进行优化设计,使之成为符合电磁兼容性标准的产品。
在电子线路中只要有电场或磁场存在,就会产生电磁干扰。在高速PCB及系统设计中,高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源,能发射电磁波并影响其它系统或本系统内其他子系统的正常工作。
一些电子产品由于对电磁兼容性的考虑不足,致使产品没有达到电磁兼容标准的要求,重新设计将大大推迟产品的上市时间,因此,电磁兼容性的改变显得比较重要。首先,要根据实际情况对产品进行诊断,找出干扰源及相互干扰的途径和方式,依据分析结果,进行有针对性的整改。如:对干扰源进行允许范围内的减弱;分类整理电线电缆以减少线间耦合;改善地线系统;选择高导电材料和铁磁性材料实现电磁屏蔽等。当这些措施均无法有效改善产品的电磁兼容性能时,改变电路板的布线结构是解决问题的根本办法。
电路设计工程师一般通过一定数量的瞬间电压抑制器(TVS)器件增加保护。如固状器件(二极管)、金属氧化物变阻器(MOV)、可控硅整流器、其他可变电压的材料(新聚合物器件)、气体电子管和简单的火花隙。随着新一代高速电路的出现,器件的工作频率已经从几kHz上升到GHz,对用于ESD保护的高容量无源器件的要求也越来越高。例如,TVS必须迅速响应到来的浪涌电压,当浪涌电压在0.7ns达到8KV(或更高)峰值时,TVS器件的触发或调整电压 (与输入线平行)必须足够低以便作为一个有效的电压分配器。安森美半导体的NUC2401是一款带集成低电容ESD保护功能的共模滤波器,能提供高速 USB 2.0信号必要的带宽、恰当的共模衰减及敏感的内部电路ESD保护,保持了信号的完整性。Vishay公司VBUS054B-HS3是一种单芯片ESD解决方案,线路电容间的差别非常小,可保护双高速USB端口,以防瞬态电压信号。还可对略低于接地电平的负瞬态进行钳位,同时在略高于5V工作电压范围对正瞬态进行钳位。现在,电路设计工程师在高频电路设计中越来越多地采用ESD抑制方案。尽管低成本的硅二极管(或变阻器)的触发/箝位电压非常低,但其高频容量和漏电流无法满足不断增长的应用需求。聚合物ESD抑制器在频率高达6GHz时的衰减小于0.2dB,对电路的影响几乎可以忽略不计。
总结:
电磁兼容性EMC包括两个方面的要求:一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值;另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度,即电磁敏感性。随着工程师们的热心研究,难题也逐渐被攻克了。