电磁干扰(EMI)问题诊断步骤

电磁干扰的观念与防制﹐在国内已逐渐受到重视。由于欧美各国多已实施电磁干扰的要求﹐加上数字产品的普遍使用﹐对电磁干扰的要求已是刻不容缓的事情。笔者由于工作作的关系﹐经常遇到许多产品已完成成品设计﹐因无法通过EMI测试﹐而使设计工程师花费许多时间和精力投入EMI的修改﹐由于属于事后的补救﹐往往投入许多时间与金钱﹐甚而影响了产品上市的时机。

      很多初学者对于EMI设计都摸不著头脑，其实我当初也是一样，但是在做了几次设计以后，也逐渐有了一些体会。

      首先，对于大脑里面一定要清楚一个概念--在高频里面，自由空间的阻抗是377欧姆，对于一般的EMI中的空间辐射来说，是由于信号的回路到了可以和空间阻抗相比拟的地步，因而信号通过空间“辐射"出来。瞭解了这一点，要做的就是把信号回路的阻抗降下来。

      控制信号回路的阻抗，主要的办法是缩短信号的长度，减少回路的面积，其次是採取合理的端接，控制回路的反射。其实控制信号回路的一个简单的办法就是对重点信号进行包地处理（在两边近的距离走地线，尤其是双面板要特别注意，因为双面微带模型阻抗有150欧姆，和自由空间布相上下，而包地可以提供几十欧姆的阻抗），请注意由于走线本身在高频里面也是有阻抗的，所以好採用地平面或者地线多次接过孔到地平面。我很多的设计都是在採用包地以后，避免了时钟信号的辐射超标。

      另外就是要避免信号穿越被分割的区域，很多工程师信号对地进行分割，但有时候又忘记了，把线布过了这些区域，结果造成信号回路绕过很大的区域，无形中增加了佈线长度。

      对于EMI传导的部分，重点是要用好旁路电容和去藕电容。旁路电容（提供一条交流短路线）一定要以短的连线佈置在晶片电源管脚和地线（平面）上。去藕电容要放在电流需求变化大的地方，避免因为走线的阻抗（电感），让杂讯从电源和地线上藕合出去。当然，合理串联使用磁珠，可以“吸收"（转换成热能）这些杂讯。电感有时也可以用来滤除杂讯，但是请注意电感本身也是有频率响应范围的，而且封装也决定其频率响应……

      以上是一些基本的体会，对于EMI设计来说，需要你真正瞭解你自己的设计，什麽地方需要重点照顾，什麽地方出了问题会是什麽样的现象，备选方案是什麽，都需要预先整理好。

      要解决产品上的EMI问题﹐若能在产品设计之初便加以考虑﹐则可以节省事后再投入许多时间与金钱。由于目前EMI Design-in的观念并不是十分普遍﹐而且由于事先的规划并不能保证其成品可以符合电磁干扰的测试在﹐所以如何正确的诊断EMI问题﹐对于设计工程师及EMI工程师是非常重要的。

      事实上﹐我们如果把EMI当做一种疾病﹐当然平时的预防保养是很重要的﹐而一旦有疾病则正确的诊断﹐才能得到快速的﹐没有正确的诊断﹐找不到病症的源头﹐往往事倍功半而拖延费时。故在EMI的问题上﹐常常看到一个EMI有问题的产品﹐由于未能找到造成EMI问题的关键﹐花了许多时间﹐下了许多对策﹐却始终无法解决﹐其中亦不乏专业的EMI工程师。以往谈到EMI往往强调对策方法﹐甚而视许多对策秘决或绝招﹐然而没有正确的诊断﹐而在产品上加了一大堆EMI抑制组件﹐其结果往往只会使EMI情况更糟。

      笔者起初接触产品EMI对策修改时﹐会听到资深EMI工程师说把所有EMI对策拿掉﹐就可以通过测试。初听以为是句玩笑话﹐如今回想这是很宝贵的经验谈。而后亦听到许多EMI工程师谈到类似的经验。本文中将举出实际的例子﹐让读者更加了解EMI的对策观念。

      一般提到如何解决EMI问题﹐大多说是case by case,当然从对策上而言﹐每一个产品的特性及电路板布线（layout)情况不同﹐故无法用几套方法而解决所有EMI的问题﹐但是长久以来﹐我们一直想要把处理EMI问题并做适当的对策﹐另外也提供专业的EMI工程师一种参考方法。在此我们把电磁干扰与对策的一些心得经验整理﹐希望能对读者有些帮助。

     我们提出一套EMI诊断上的参考骤﹐希望用有系统的方式﹐快速的找出EMI的问题。我们并不淮备探讨一些理论计算或公式推演﹐将从实务上说明。
     当一个产品无法通过EMI测试﹐首先就要有一个观念﹐找出无法通过的问题点﹐此时千万不能有主观的念头﹐要在那些地方下对策。常常有许多有经验的EMI工程师﹐由于修改过许多相关产品﹐对于产品可能造成EMI问题的地方也非常了解﹐而习惯直接就下药方﹐当然一般皆可能非常有效﹐但是偶而也会遇到很难修改下来﹐后发现问题的关键都是起行认为不可能的地方﹐之所以会种疏失﹐就是由于太主观了。因此﹐不论产品特性熟不熟﹐我们都要逐一再确认一次﹐甚而多次确认。这是因为造成EMI的问题往往是错综复杂﹐并非单一点所造成。故反复的做确认及诊断是非常重要的。

      我们将初步的诊断步骤详列于下﹐并加以说明其关键点﹐这些步骤看来似乎非常平凡简单﹐不像介绍对策方法各种理论秘籍绝招层出不穷﹐变化奥妙。其实﹐许多资深EMI工程师在其对策处理时﹐大部份的时间都在重复这些步骤与判断。笔者要再次强调﹐只有真正找到造成EMI问题的关键﹐才是解决EMI的佳途径﹐若仅凭理论推测或经验判断﹐有时反而会花费更多的时间和精力。