手机集成了超过20个频段的蜂窝网络、2个频段的wifi、蓝牙、nfc。cpu、ddr、显示屏和摄像头的工作频率高达ghz。这些信号集成在小小的手机壳内部,既不互相干扰,也不干扰外面的设备,是很典型的电磁兼容设计的案例。
以iphonex为例,除了硬件电路上添加大量的抗干扰的器件之外,外部把所有的能屏蔽的地方都屏蔽起来,不管是电路板还是排线还是摄像头都做了屏蔽处理。
(实际上oppo、小米、华为等国产品牌机也是这么做的,不然过不了emc测试。山寨机和小品牌就做不到这么全面的防护了。)
iphonex的部分防emi措施
抑制emi干扰的几个典型措施,硬件工程师基础知识
1,高速信号和射频信号,要加屏蔽措施
像射频信号、cpu、ddr、hdmi、mipi这些几百兆到ghz的信号以及元器件,要用屏蔽盖盖起来。
2,硬件原理设计,高速信号线增加抗emi器件
高速信号线,包括时钟,都应当设计emi滤波器、共模滤波器、磁珠、rc滤波器等元器件,来预防emi问题。有没有这些滤波器,也是区分山寨产品和品牌产品的一大特征。共模滤波器一颗要几毛钱人民币,并不便宜。
3,硬件pcb设计,屏蔽高速信号、减小天线效应
pcb走线上,要注意对高速信号的屏蔽。避免人为造成天线效应,把高速信号辐射出来,形成干扰源。
——本案例来源于深圳市阿赛姆科技有限公司(https://emc.asim-emc.com/)
emc寄语: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。
2、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 。
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