EMI/EMC设计经典问题集(二)

10、我为单位的直流磁钢电机设计了一块调速电路，电源端以用0.33uf+夏普电视机电感+0.33uf后不理想，后用4只电感串在PCB板电源端，但在30~50MHz之间超了12db，该如何处理？

答：通常来讲，LC或PI型滤波电路比单一的电容滤波或电感滤波效果要好。您所谓的电源端以用0.33uf+夏普电视机电感+0.33uf后不理想不知道是什么意思？是辐射超标吗？在什么频段？我猜测直流磁钢电机供电回路中，反馈噪声幅度大，频率较低，需要感值大一点的电感滤波，同时采用多级电容滤波，效果会好一些。

11、最近正想搞个0--150M，增益不小于80 DB的宽带放大器，!请问在EMC方面应该注意什么问题呢? 

答1：宽带放大器设计时特别要注意低噪声问题，比如要电源供给必须足够稳定等。

答2：1. 注意输入和数出的阻抗匹配问题，比如共基输入射随输出等 2. 各级的退偶问题，包括高频和低频纹波等 3. 深度负反馈，以及防止自激振荡和环回自激等 4. 带通滤波气的设计问题

答3：实在不好回答，看不到实际的设计，一切建议还是老生常谈：注意EMC的三要素，注意传导和辐射路径，注意电源分配和地弹噪声。150MHz是模拟信号带宽，数字信号的上升沿多快呢？如果转折频率也在150MHz以下，个人认为，传导耦合，电源平面辐射将是主要考虑的因素，先做好电源的分配，分割和去耦电路吧。80dB，增益够高的，做好前极小信号及其参考电源和地的隔离保护，尽量降低这个部分的电源阻抗。

12、求教小功率直流永磁电机设计中EMC的方法和事项。生产了一款90W的直流永磁电机(110~120V，转速2000/分钟)EMC一直超标，生产后先把16槽改24槽，有做了轴绝缘，未能达标!现在又要设计生产125W的电机，如何处理？

答：直流永磁电机设计中EMC问题，主要由于电机转动中产生反电动势和换相时引起的打火。具体分析，可以使用RMxpert来设计优化电机参数，Maxwell2D来仿真EMI实际辐射。

13、是否可用阻抗边界（Impedance）方式设定？或者用类似的分层阻抗 RLC阻抗？又或者使用designer设计电路和hfss协同作业？

答：集中电阻可以用RLC边界实现；如果是薄膜电阻，可以用面阻抗或阻抗编辑实现。

14、我现在在对外壳有一圈金属装饰件的机器做静电测试，测试中遇到：接触放电4k时32k晶振没问题，空气放电8k停振的问题，如何处理？

答：有金属的话，空气放电和接触放电效果差不多，建议你在金属支架上喷绝缘漆试试。

15、我们现在测量PCB电磁辐射很麻烦，采用的是频谱仪加自制的近场探头，先不说精度的问题，光是遇到大电压的点都很头疼，生怕频谱仪受损。不知能否通过仿真的方法解决。

答：首先，EMI的测试包括近场探头和远场的辐射测试，任何仿真工具都不可能替代实际的测试；其次，Ansoft的PCB单板噪声和辐射仿真工具SIwave和任意三维结构的高频结构仿真器HFSS分别可以仿真单板和系统的近场和远场辐射，以及在有限屏蔽环境下的EMI辐射。 仿真的有效性，取决于你对自己设计的EMI问题的考虑以及相应的软件设置。例如：单板上差模还是共模辐射，电流源还是电压源辐射等等。就我们的一些实践和经验，绝大多数的EMI问题都可以通过仿真分析解决，而且与实际测试比较，效果非常好。

16、听说Ansoft的EMC工具一般仿真1GHz以上频率的，我们板上频率最高的时钟线是主芯片到SDRAM的只有133MHz，其余大部分的频率都是KHz级别的。我们主要用Hyperlynx做的SI/PI设计，操作比较简单，但是现在整板的EMC依旧超标，影响画面质量。另外，你们的工具和Mentor PADS有接口吗？

答：Ansoft的工具可以仿真从直流到几十GHz以上频率的信号，只是相对其它工具而言，1GHz以上的有损传输线模型更加精确。据我所知，HyperLynx主要是做SI和crosstalk的仿真，以及一点单根信号线的EMI辐射分析，目前还没有PI分析的功能。影响单板的EMC的原因很多，解决信号完整性和串扰只是解决EMC的其中一方面，电源平面的噪声，去耦策略，屏蔽方式，电流分布路径等都会影响到EMC指标。这些都可以再ansoft的SIwave工具中，通过仿真进行考察。补充说明，ansoft的工具与Mentor PADS有接口。

17、请说明一下什么时候用分割底层来减少干扰，什么时候用地层分区来减少干扰。

答：分割底层，我还没听说过，什么意思？是否能举个例子。 地层分割，主要是为了提高干扰源和被干扰体之间的隔离度，如数模之间的隔离。当然分割也会带来诸如跨分割等信号完整性问题，利用ansoft的SIwave可以方便的检查任意点之间的隔离度。当然提高隔离度，还有其它办法，分层、去耦、单点连接、都是办法，具体应用的效果可以用软件仿真。

18、电容跨接两个不同的电源铜箔分区用作高频信号的回流路径，众所周知电容隔直流通交流，频率越高电流越流畅，我的疑惑是现今接入PCB中的电平大都是经过虑除交流的，那么如前所述电容通过的是什么呢?"交流的信号"吗?

答1：这个问题很有点玄妙，没见过很服人的解释。对于交流，理想的是，电源和地“短路”，然而实际上其间的阻抗不可能真的是 0 欧。你说的电容，容量不能太大，以体现出“低频一点接地，搞频多点接地”这一原则。这大概就是该电容的存在价值。经常遇到这样的情况：2个各自带有电源的部件连接后，产生了莫名其妙的干扰，用个瓷片电容跨在2个电源间，干扰就没了。

答2：该电容是用来做稳压和EMI用的，通过的是交流信号。“现今接入PCB中的电平大都是经过虑除交流的”的确如此，不过别忘了，数字电路本身就会产生交流信号而对电源造成干扰，当大量的开关管同时作用时，对电源造成的波动是非常大的。不过在实际中，这种电容主要是起到辅助的作用，用来提高系统的性能，其它地方设计的好的话，完全可以不要。

答3：交流即是变化的。对于所谓的直流电平，比如电源来说，由于布线存在阻抗，当他的负载发生变化，对电源的需求就会变化，或大或小。这种情况下，“串联”的布线阻抗就会产生或大或小的压降。于是，直流电源上就有了交流的信号。这个信号的频率与负责变化的频率有关。电容的作用在于，就近存储一定的电荷能量，让这种变化所需要的能量可以直接从电容处获得。近似地，电容（这时可以看成电源啦）和负载之间好像就有了一条交流回路。电容起到交流回路的作用，大致就是这样的吧……

19、公司新做了一款手机，在做3C认证时有一项辐射指标没过，频率为50-60M，超过了5dB，应该是充电器引起的，就加了几个电容，其它的没有，电容有1uF，100uF的。请问有没有什么好的解决方案（不改充电器只更改手机电路）。在手机板的充电器的输入端加电容能解决吗？

答1：电容大的加大，小的改小，串个BIT，不过是电池导致的可能性不是很大。

答2：你将变频电感的外壳进行对地短接和屏蔽试试。

20、PCB设计如何避免高频干扰？

答：避免高频干扰的基本思路是尽量降低高频信号电磁场的干扰，也就是所谓的串扰(Crosstalk)。可用拉大高速信号和模拟信号之间的距离，或加ground guard/shunt traces在模拟信号旁边。还要注意数字地对模拟地的噪声干扰。

21、PCB设计中如何解决高速布线与EMI的冲突？

答：因EMI所加的电阻电容或ferrite bead， 不能造成信号的一些电气特性不符合规范。 所以， 最好先用安排走线和PCB叠层的技巧来解决或减少EMI的问题， 如高速信号走内层。 最后才用电阻电容或ferrite bead的方式， 以降低对信号的伤害。

22、若干PCB组成系统，各板之间的地线应如何连接？

答：各个PCB板子相互连接之间的信号或电源在动作时，例如A板子有电源或信号送到B板子，一定会有等量的电流从地层流回到A板子 (此为Kirchoff current law)。这地层上的电流会找阻抗最小的地方流回去。所以，在各个不管是电源或信号相互连接的接口处，分配给地层的管脚数不能太少，以降低阻抗，这样可以降低地层上的噪声。另外，也可以分析整个电流环路，尤其是电流较大的部分，调整地层或地线的接法，来控制电流的走法(例如，在某处制造低阻抗，让大部分的电流从这个地方走)，降低对其它较敏感信号的影响。

23、PCB设计中差分信号线中间可否加地线？

答：差分信号中间一般是不能加地线。因为差分信号的应用原理最重要的一点便是利用差分信号间相互耦合(coupling)所带来的好处，如flux cancellation，抗噪声(noise immunity)能力等。若在中间加地线，便会破坏耦合效应。

24、适当选择PCB与外壳接地的点的原则是什么？

答：选择PCB与外壳接地点选择的原则是利用chassis ground提供低阻抗的路径给回流电流(returning current)及控制此回流电流的路径。例如，通常在高频器件或时钟产生器附近可以借固定用的螺丝将PCB的地层与chassis ground做连接，以尽量缩小整个电流回路面积，也就减少电磁辐射。

25、在电路板尺寸固定的情况下，如果设计中需要容纳更多的功能，就往往需要提高PCB的走线密度，但是这样有可能导致走线的相互干扰增强，同时走线过细也使阻抗无法降低，请介绍在高速（>100MHz）高密度PCB设计中的技巧？

答：在设计高速高密度PCB时，串扰(crosstalk interference)确实是要特别注意的，因为它对时序(timing)与信号完整性(signal integrity)有很大的影响。以下提供几个注意的地方：

1.控制走线特性阻抗的连续与匹配。

2.走线间距的大小。一般常看到的间距为两倍线宽。可以透过仿真来知道走线间距对时序及信号完整性的影响，找出可容忍的最小间距。不同芯片信号的结果可能不同。

3.选择适当的端接方式。

4.避免上下相邻两层的走线方向相同，甚至有走线正好上下重迭在一起，因为这种串扰比同层相邻走线的情形还大。

5.利用盲埋孔(blind/buried via)来增加走线面积。但是PCB板的制作成本会增加。 在实际执行时确实很难达到完全平行与等长，不过还是要尽量做到。

 除此以外，可以预留差分端接和共模端接，以缓和对时序与信号完整性的影响。

26、PCB设计中模拟电源处的滤波经常是用LC电路。但是为什么有时LC比RC滤波效果差？

答：LC与RC滤波效果的比较必须考虑所要滤掉的频带与电感值的选择是否恰当。 因为电感的感抗(reactance)大小与电感值和频率有关。如果电源的噪声频率较低，而电感值又不够大，这时滤波效果可能不如RC。但是，使用RC滤波要付出的代价是电阻本身会耗能，效率较差，且要注意所选电阻能承受的功率。

27、PCB设计中滤波时选用电感，电容值的方法是什么？

答：电感值的选用除了考虑所想滤掉的噪声频率外，还要考虑瞬时电流的反应能力。如果LC的输出端会有机会需要瞬间输出大电流，则电感值太大会阻碍此大电流流经此电感的速度，增加纹波噪声(ripple noise)。 电容值则和所能容忍的纹波噪声规范值的大小有关。纹波噪声值要求越小，电容值会较大。而电容的ESR/ESL也会有影响。 另外，如果这LC是放在开关式电源(switching regulation power)的输出端时，还要注意此LC所产生的极点零点(pole/zero)对负反馈控制(negative feedback control)回路稳定度的影响。