EMC工程师告诉你EMC整改中的几点小建议

周五, 12 十月 2018 - 11:27

EMC整改是一个很头疼的问题，这里给大家一些步的建议。这是从事多年EMC工程师给出的建议。

一、电容的滤波作用
<img alt="电容的滤波作用" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="3b7891d3-2383-44aa-8bf6-517a6e9cd85f" src="/sites/default/files/inline-images/01_5.jpg" /><img alt="公式1" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="ad94accf-8fcc-4603-b195-d2d34e598eff" src="/sites/default/files/inline-images/02_6.jpg" />
即频率f越大，电容的阻抗Z越小。

当低频时，电容C由于阻抗Z比较大，有用信号可以顺利通过；

当高频时，电容C由于阻抗Z已经很小了，相当于把高频噪声短路到GND上去了。

二、电容滤波在何时会失效

整改中常常会使用电容这种元器件进行滤波，往往有“大电容滤低频，小电容滤高频”的说法。

以常见的表贴式MLCC陶瓷电容为例，进行等效模型如下：
<img alt="等效模型" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="d148cef2-8f0d-466a-b01b-9e4557c21eb2" src="/sites/default/files/inline-images/03_6.jpg" />
容值10nF，封装0603的X7R陶瓷的模型参数如下：
<img alt="封装0603的X7R陶瓷的模型参数" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="f66394c6-7f5f-488d-b27e-597e3a5aa53c" src="/sites/default/files/inline-images/04_5.jpg" />
由于等效模型中既有电容C，也有电感L，组成了二阶系统，就存在不稳定性。对电路回路来说，就是会发生谐振，谐振点在如下频率处：
<img alt="谐振点频率" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="c4b71752-d9ca-430d-897e-e7988d2c8bda" src="/sites/default/files/inline-images/05_4.jpg" />
下图是谐振曲线的示例：
<img alt="谐振曲线的示例" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="eb652573-9136-44ee-8c1e-cf9b476cdaf8" src="/sites/default/files/inline-images/06_2.jpg" />
即常说的在谐振点前是电容，谐振点之后就不再是电容了。

三、LC滤波何时使用

如果串联电感L，再并联组成C，就形成了LC滤波：
<img alt="谐振曲线的示例" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="2f6d15a0-126b-4825-9c99-61216c6494b9" src="/sites/default/files/inline-images/07_1.jpg" />
单独一个电容C是一阶系统，单独一个电感L也是一阶系统，在幅值衰减斜率是-20dB。但LC组成的二阶系统，幅值衰减斜率是-40dB，更靠近理想的“立陡”的截止频率的效果，即滤波效果更好。
<img alt="滤波效果" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="b1978a9f-ed6c-4bb3-b4a3-67441cc0bf25" src="/sites/default/files/inline-images/08_0.jpg" />
四、PWM频率到底是多少

往往提到PWM，比如会说用20kHz PWM驱动电机等。但实际上，这个20kHz仅代表

PWM的脉冲周期是50us：
<img alt="PWM的脉冲周期是50us" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="17ea976a-ebae-4ae8-85f4-9785bc7f5882" src="/sites/default/files/inline-images/09_0.jpg" />
那么所谓的20kHz PWM在频域上的频率点落在哪里呢，如下公式：
<img alt="频率点" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="26d69991-6344-42dc-9c6b-b923d365e9a6" src="/sites/default/files/inline-images/10_7.jpg" />
对于阶跃信号来说，由于上升时间tr无穷小，则频率f无穷大。当频率高了之后，寄生参数则不能在忽略，会引发很多谐振的问题。

从信号上来看，就是很陡峭的阶跃信号会有过冲和振荡的问题。简单来说就是频率f越大，则噪声所占的频率就会越宽泛，即EMC特性就会越差。

五、如何将原理图和PCB对应起来

由于细分工种的问题，原理图和PCB被割裂开来，由两组人进行分工作业：
<img alt="分工作业" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="da635636-604f-4541-9459-39e15be27515" src="/sites/default/files/inline-images/11_7.jpg" />
例如在原理图上有如下的电路：
<img alt="电路" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="a79de074-f016-44a9-9b3c-cf881ac035aa" src="/sites/default/files/inline-images/12_7.jpg" />
其隐含一个问题就是在PCB上其实V1的负极和C1的负极是有一条线（PCB layout工具软件中用的词比较准确，Trace，踪迹/轨迹）。

往往在设计阶段A->B->C是都会关注的。如果EMC出现问题，除了要在原理图上查找电路参数的问题，还需要特别关注C->D，即回流路径。
<img alt="回流路径" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="eabd90f2-8b3e-4bfe-842f-19e85c98a811" src="/sites/default/files/inline-images/13_8.jpg" />
如果回流路径不顺畅，会造成信号的畸变：
<img alt="如果回流路径不顺畅，会造成信号的畸变" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="acce5ce1-3c79-48fa-b58d-d0bad0691ff8" src="/sites/default/files/inline-images/14_6.jpg" />
比如在EMC试验时，MCU的ADC采集到的信号被干扰到了，则除了在原理图上分析外，在PCB上讲该信号高亮出来，然后再耐心寻找该信号的回流路径是否有不顺畅的地方：
<img alt="采集" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="6dc38be7-bf61-4bc7-a3b1-4d92951bc799" src="/sites/default/files/inline-images/15_6.jpg" />
对着信号线头脑中想象回流路径，有点意识流的感觉。

六、总结
<img alt="总结" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="4dbd4025-d2d3-4390-9802-af675990889a" src="/sites/default/files/inline-images/16_4.jpg" />
文章来源：今日头条