【导读】工业、汽车与个人计算应用中的电子系统愈发密集且互相连接。为了改善这类系统的尺寸和功能，因此在封装各种不同电路时皆采取近封装距离。有鉴于前述限制，降低电磁干扰(EMI)影响也逐渐成为重要的系统设计考虑。
图1所示的车用摄影机模块就是这类多功能系统其中一个范例，该模块内的两百万像素成像组件、4Gbps的串联器及四通道电源管理IC(PMIC)皆以近距离封装在一起。如此会使复杂度和密度随之提升并带来副作用，也就是使成像组件与信号处理组件紧邻PMIC，而PMIC带有高电流与电压。除非在设计期间能够小心留意，否则前述的配置方式势必会导致一系列电路对敏感组件的功能造成EMI。
图1：车用摄影机模块
EMI可能会以两种方式显现。例如连接相同电源供应器的无线电和电机钻就是一例，如图2所示。在本例中，敏感无线电系统的运作会透过传导方式受到电机影响，因为这两者共享相同的电源插座。电机也会透过电磁辐射对无线电的功能造成影响，因为前述电磁辐射会透过空气耦合，并受到无线电天线接收。
终端设备制造商整合不同来源的组件时，唯一能确保干扰电路和敏感电路可和平共存并正确运作的方法，就是建立一套共享规则，针对干扰电路设定干扰程度的限制，且敏感电路必须能够处理该程度的干扰。
图2：透过传导和电磁方式造成的EMI。
共享EMI标准
用于限制干扰的规定采用业界标准规格建立，例如适用汽车产业的国际无线电干扰特别委员会(CISPR) 25，以及适用多媒体设备的CISPR 32。CISPR标准是EMI设计的重要关键，因其可决定任何EMI降低技术的目标性能。CISPR标准可根据干扰模式分类为传导式限制和辐射式限制，如图3所示。图3图表中的长条代表最大的传导式和辐射式排放限制，这是使用标准EMI测量设备进行测量时，受测设备所能容许的上限。
图3：传导式和辐射式EMI的一般标准
EMI的成因
若要建立兼容于EMI标准的系统，需要清楚了解EMI的主要成因。现代电子系统中，最常见的电路之一就是硬式切换电源供应器(SMPS)，可在多数应用中透过线性稳压器大幅提升效率。但这样的效率必须付出代价，因在SMPS中切换功率场效应晶体管，会使其成为主要EMI来源。
如图4所示，在SMPS中进行切换的本质，会导致产生非连续输入电流、在切换节点的高边缘速率，以及电源回路中因寄生电感而在切换边缘产生的其他振铃。非连续电流会影响< 30MHz频段的EMI，而在切换节点的高边缘速率以及振铃则会影响30~100MHz频段的EMI，以及> 100MHz频段的EMI。
图4：SMPS运作期间的主要EMI来源
降低EMI的传统和进阶技术
在传统设计中，主要使用两种方法降低切换转换器产生的EMI，而两种方法都会造成相关的损失。为了处理低频率(< 30MHz)排放并符合适用标准，会在切换转换器的输入处放置大型被动滤波器，造成解决方案更为昂贵、功率密度更低。
而一般降低高频率排放的方式，则是透过有效的栅极驱动器设计来降低切换边缘速率。虽然这么做有助降低> 30MHz频段的EMI，但是降低的边缘速率会导致切换损失增加，进而使解决方案的效率降低。换句话说，为了实现低EMI的解决方案，注定需在功率密度和效率上做出取舍。
为了免除取舍的需要并且一并获得高功率密度、高效率，以及低EMI的优势，TI在设计LM25149-Q1、LM5156-Q1和LM62440-Q1等切换转换器和控制器时，加入了多种技术，如图5所示。前述技术包含展频、主动EMI滤波、抵销线圈、封装创新、整合式输入旁路电容及真实电压转换率控制方法等，且这些技术都经过设计，针对所需的特定频段量身打造。
图5：TI的功率转换器和控制器为了大幅降低EMI而采用的技术
结论
设计低EMI可显著缩短开发周期时间，并可减少机板面积和解决方案成本。TI提供多种可降低EMI的功能与技术。以TI经过EMI优化的电源管理产品来运用不同技术组合，可确保使用TI组件的设计通过业界标准而无需过多重做。
随着时代的发展，越来越多的电子、电气设备或系统产品都需要进行检验检测，其中EMC测试是必备的检验检测指标之一。但EMC测试项目费用较贵，EMC实验室造价昂贵，绝大部分测量设备又需要采用进口设备，导致很少检验检测机构有能力建造EMC实验室。产品的EMC性能是设计阶段赋予的，一般电子产品设计时如果不考虑EMC因素，就会很容易导致EMC测试失败，以致不能通过相关EMC法规的测试或认证。例如，产品设计研发工程师们根据需求，设计出效果良好的滤波电路，置入产品I/O(输入/输出）接口的前级，可使因传导而进入系统的干扰噪声消除在电路系统的入口处；设计出隔离电路（如变压器隔离和光电隔离等）解决通过电源线、信号线和地线进入电路的传导干扰，同时阻止因公共阻抗、长线传输而引起的干扰；设计出能量吸收回路，从而减少电路、器件吸收的噪声能量；通过选择元器件和合理安排的电路系统，使干扰的影响减少。
EMC技能:整改小技巧
1、150kHz-1MHz，以差模为主，1MHz-5MHz，差模和共模共同起作用，5MHz 以后基本上是共模。差模干扰的分容性藕合和感性藕合。一般1MHz以上的干扰是共模，低频段是差摸干扰。用一个电阻串个电容后再并到Y电容的引脚上，用示波器测电阻两引脚的电压可以估测共模干扰。
2、保险过后加差模电感或电阻。
3、小功率电源可采用PI型滤波器处理(建议靠近变压器的电解电容可选用较大些)。
4、前端的π型EMI零件中差模电感只负责低频EMI，体积别选太大(DR8太大，能用电阻型式或DR6更好)否则幅射不好过，必要时可串磁珠，因为高频会直接飞到前端不会跟着线走。5、传导冷机时在0.15MHz-1MHz超标，热机时就有7dB余量。主要原因是初级BULk电容DF值过大造成的，冷机时ESR比较大，热机时ESR比较小，开关电流在ESR上形成开关电压，它会压在一个电流LN线间流动，这就是差模干扰。解决办法是用ESR低的电解电容或者在两个电解电容之间加一个差模电感。
6、测试150kHz总超标的解决方案：加大X电容看一下能不能下来，如果下来了说明是差模干扰。如果没有太大作用那么是共模干扰，或者把电源线在一个大磁环上绕几圈， 下来了说明是共模干扰。如果干扰曲线后面很好，就减小Y电容，看一下布板是否有问题，或者就在前面加磁环。
7、可以加大PFC输入部分的单绕组电感的电感量。
8、PWM线路中的元件将主频调到60kHz左右。
9、用一块铜皮紧贴在变压器磁芯上。
10、共模电感的两边感量不对称，有一边匝数少一匝也可引起传导150kHz-3MHz超标。11、一般传导的产生有两个主要的点：200kHz和20MHz左右，这几个点也体现了电路的性能;200kHz左右主要是漏感产生的尖刺;20MHz左右主要是电路开关的噪声。处理不好变压器会增加大量的辐射，加屏蔽都没用，辐射过不了。
12、将输入BUCk电容改为低内阻的电容。
13、对于无Y-CAP电源，绕制变压器时先绕初级，再绕辅助绕组并将辅助绕组密绕靠一边，后绕次级。
14、将共模电感上并联一个几k到几十k电阻。
15、将共模电感用铜箔屏蔽后接到大电容的地。
16、在PCB设计时应将共模电感和变压器隔开一点以免互相干扰。
17、保险套磁珠。
18、三线输入的将两根进线接地的Y电容容量从2.2nF减小到471。
19、对于有两级滤波的可将后级0.22uFX电容去掉(有时前后X电容会引起震荡) 。
20、对于π型滤波电路有一个BUCk电容躺倒放在PCB上且靠近变压器此电容对传导150kHz-2MHz的L通道有干扰，改良方法是将此电容用铜泊包起来屏蔽接到地，或者用一块小的PCB将此电容与变压器和PCB隔开。或者将此电容立起来， 也可以用一个小电容代替。
21、对于π型滤波电路有一个BUCk电容躺倒放在PCB上且靠近变压器此电容对传导150kHz-2MHz的L通道有干扰，改良方法是将此电容用一个1uF/400V或者说0.1uF/400V电容代替， 将另外一个电容加大。
22、将共模电感前加一个小的几百uH差模电感。
23、将开关管和散热器用一段铜箔包绕起来，并且铜箔两端短接在一起，再用一根铜线连接到地。
24、将共模电感用一块铜皮包起来再连接到地。
25、将开关管用金属套起来连接到地。
26、加大X2电容只能解决150kHz左右的频段，不能解决20MHz以上的频段，只有在电源输入加以一级镍锌铁氧体黑色磁环，电感量约50uH-1mH。
27、在输入端加大X电容。
28、加大输入端共模电感。
29、将辅助绕组供电二极管反接到地。
30、将辅助绕组供电滤波电容改用瘦长型电解电容或者加大容量。
31、加大输入端滤波电容。
32、150kHz-300kHz和20MHz-30MHz这两处传导都不过，可在共模电路前加一个差模电路。也可以看看接地是否有问题，该接地的地方一定要加强接牢，主板上的地线一定要理顺，不同的地线之间走线一定要顺畅不要互相交错的。
33、在整流桥上并电容，当考虑共模成分时，应该邻角并电容，当考虑差模成分时，应该对角并电容。
34、加大输入端差模电感。
产品电磁兼容骚扰源有：
1、设备开关电源的开关回路：骚扰源主频几十kHz到百余kHz，高次谐波可延伸到数十MHz。
2、设备直流电源的整流回路：工频线性电源工频整流噪声频率上限可延伸到数百kHz；开关电源高频整流噪声频率上限可延伸到数十MHz。
3、电动设备直流电机的电刷噪声：噪声频率上限可延伸到数百MHz。
4、电动设备交流电机的运行噪声：高次谐波可延伸到数十MHz。
5、变频调速电路的骚扰发射：开关调速回路骚扰源频率从几十kHz到几十MHz。
6、设备运行状态切换的开关噪声：由机械或电子开关动作产生的噪声频率上限可延伸到数百MHz。
7、智能控制设备的晶振及数字电路电磁骚扰：骚扰源主频几十kHz到几十MHz，高次谐波可延伸到数百MHz。
8、微波设备的微波泄漏：骚扰源主频数GHz。
9、电磁感应加热设备的电磁骚扰发射：骚扰源主频几十kHz，高次谐波可延伸到数十MHz。
10电视电声接收设备的高频调谐回路的本振及其谐波：骚扰源主频数十MHz到数百MHz，高次谐波可延伸到数GHz。
11、信息技术设备及各类自动控制设备的数字处理电路：骚扰源主频数十MHz到数百MHz（经内部倍频主频可达数GHz），高次谐波可延伸到十几GHz。
