淺談電子產品中EMC設計流程及技術規范

摘 要：EMC技術以其在質量保證體系中的重要作用而逐漸被人們所認識。以下我們對電磁兼容測試方法、控制方法、設計方法做了簡要介紹，在實際應用中，我們要堅持EMC設計，提高貫徹EMC標準的意識，消除電磁干擾，從根本上提高產品的質量與可靠性，為企業的生產和經營創造效益。

關鍵詞：EMC；設計流程；技術規范；測試

中圖分類號： TN03 文獻標識碼：A

1 電子產品生產企業面臨的困境和現狀

在很多企業中，由于專業人才的缺失，并沒有設置專門進行EMC設計的工作崗位。另外，在產品設計階段，企業的研發流程中往往也沒有專門針對產品的電磁兼容性進行評價的環節。對于EMC開發流程、設計要求，也沒有明確的技術文件加以描述和要求。至于開發產品的電磁兼容性好壞，完全取決于個別開發工程師的相關技術水平和經驗，不能在系統和流程上保證產品的質量。這樣造成的后果是，相當一部分的電子產品在研發后期不能順利地通過認證，影響產品的上市速度，或者由于生產出來的電子產品其EMC的一致性不能保證，在市場監督抽查時出現質量問題。這是企業在內部流程方面存在的缺陷。

2 EMC的設計流程和技術規范

2.1產品總體方案設計

在總體方案設計階段，要對產品的總體規格進行EMC設計方面的考慮。主要內容有：產品銷售目標市場，需要滿足國家或地方制定的EMC標準、法規要求，客戶要求的產品電磁兼容性以及潛在目標市場的EMC方面的標準和法規要求。基于目標市場或企業客戶對產品EMC性能的要求，需要提出產品的EMC總體設計框圖，并根據經驗，制定產品EMC設計總體方案。總體方案的內容基本上包括：產品的結構如何設計，屏蔽如何設計，接地如何設計，濾波如何設計；新的國家或地區、或是新的客戶，對于產品的EMC性能是否有新的要求；結合具體的測試要求，是否需要在產品設計階段格外關注某一設計要點。

2.2產品詳細方案設計

在產品詳細方案設計階段，產品的硬件實現方案已經確定，可以作為EMC設計的基礎。我們可以依據產品的結構設計圖和電路框圖，提出產品總體的EMC設計方案，如：電源接口、信號接口、電纜選型和接口結構等關鍵部位的設計要求和方案。我們需要特別注意相關方面提出的、對于EMC方面的新要求，這些新的要求經常會使原有的設計有所改變。

2.3產品的原理圖設計

從這個階段開始，產品的EMC設計進入到關鍵階段，原理圖設計是關鍵階段的第一個環節。在產品原理圖設計階段，需要進行的主要內容有：產品內部主芯片的濾波電路設計，晶振的濾波電路設計，時鐘驅動電路的濾波電路設計，電源輸入端的濾波電路設計，外接信號接口的濾波電路設計。在進行EMC設計時，由濾波和防護器件的選型開始，需要考慮電路板功能地和保護地屬性的劃分，濾波器件的位置和參數，單個電路板的接地位置等因素。

在這個階段，我們經常會用到EMC設計檢查表。檢查表包含的內容，其基礎和核心是產品在原理圖設計階段和PCB設計階段，應遵循一整套的設計要求與規范，這些要求與規范應該是具體的和可操作的。檢查表的內容應該得到不斷豐富和完善，應該是隨著產品的不斷升級與更新換代，將研發工程師與EMC整改工程師的經驗不斷地融合和提煉后形成的。

在原理圖設計階段，檢查表中涉及的核查內容舉例如下：

a）電源部分

主要有：電源板輸入端有沒有預留Y電容；在變壓器次級，各輸出電壓線路有沒有預留濾波電感和濾波電容；電源輸入端是否預留壓敏電阻或穩壓二極管。

b）主控制板

主要有：數據總線是否有匹配的電阻或排阻；晶振輸出管腳是否有RC濾波電路；IC的電源管腳處是否有濾波電容；輸出信號排線，在端子位置是否有磁珠或者電阻與電容組成濾波電路。

c）輸入和輸出口是否有電容—電感—電容（CLC）或電容—電阻—電容（CRC）濾波電路，信號線上是否有磁珠或者電阻；以太網口位置是否有防雷器。通過上述的核查，可以認為滿足條件的原理圖基本上符合EMC設計要求。

2.4產品的PCB設計

PCB設計是整個EMC設計流程中最為關鍵的一環，PCB設計的好壞與最終整機的EMC性能息息相關。在后續對整機采用問題解決法來整改時，PCB往往也是改動最多的地方。由此，可以看出PCB設計的重要程度。目前，隨著研究的不斷深入，關于PCB設計與整機EMC性能之間關系的著作和論述也多了起來。本文不對技術方面做過多解釋，只著重從流程方面說明如何保證PCB設計符合EMC設計規范。

在PCB設計階段，需要考慮采取何種層疊結構，建議對高速信號板盡量采用4層以上的多層板。多層板的中間至少有一個地層，這樣可以保證為高速信號提供較小的回流路徑，同時為晶振提供完整的鏡像平面。在PCB設計階段，需要格外注意PCB上關鍵器件的擺放，如晶振、主芯片、驅動電路和外接端子，這些器件的位置決定了時鐘走線的方向和長度。如果這些器件走線不正確，那么就會使時鐘走線彎曲或者過長，易造成比較大的輻射干擾或接收到外界的干擾電磁波。

PCB上“地”的劃分，也對整機的EMC性能有很大的影響。對EMC來講，建議將數字地、模擬地分開，信號地與電源地分開。在布置地線時，最核心的思想是借助地線或者地平面，利用耦合電容對高速時鐘信號進行濾波或者提供盡可能短的回流路徑，最大限度地減小可能的射頻干擾。采取的措施有：在高速時鐘線的兩側鋪設地線，在主芯片和晶振的鏡像位置保證完整的平面，地層和電源層盡量少走信號線等方法。

在PCB設計階段，檢查表中涉及的核查內容舉例如下：

a）電源板

電源板次級是否有預留到地的固定螺絲鎖合孔的位置。

b）主電路板

時鐘線上如有過孔，則時鐘的換層過孔附近是否有到地層的過孔存在；主芯片和存儲芯片是否在PCB的同一層；數據總線的走線是否在同一平面上；電源線是否與數據線、時鐘線有相鄰的平行布線現象，如有平行，則應盡量使其走線滿足3W原則（即走線間距的大小一般為2倍之線寬）；晶振外殼是否留有接地點，且晶振與芯片的回路應盡量小；電源層是否比地層內縮20H，H為電源層與地層之間的距離；PCB布線時，是否是地線寬度﹥電源線寬度﹥信號線寬度；不同的PCB之間，互聯排線的端子是否在相鄰的一方。

2.5產品結構試裝（工程樣機）階段

在這個階段，產品的工程樣機已經做好。我們可以利用這個樣機來驗證產品的EMC性能。驗證的主要方法是進行EMC測試。在測試之前，我們還需要進行一項工作，主要是對樣機的結構進行檢查。需要檢查的內容有：不同PCB板之間的互聯排線，其長度是否過長；PCB的接地點選擇是否合理，接地電阻大小是否滿足要求；屏蔽層是否接地。當然，這些內容也可以列入EMC設計檢查表中，將來作為標準的核查事項。通常在這個階段的檢查當中，會發現一些結構和工藝設計方面存在缺陷，或者是內部電纜走線方面的錯誤。這些缺陷和錯誤需要采取措施盡可能地消除。

2.6確認或驗證測試

在上述的設計檢查完成后，需要對樣機進行一次EMC方面的全項目測試，以便找出所有的潛在問題。因為即使使用目前先進的仿真設計軟件，其結果也代替不了實際的測試。產品的EMC性能還是取決于實際的測試情況。經測試發現問題后，依據EMC三要素方法進行整改，尋找干擾源，切斷傳播途徑，或者降低敏感設備的敏感度。整改的方法，大致可分為濾波、接地和屏蔽等措施，具體的技術細節不在本文中討論。

結語

本文中介紹的電磁兼容設計開發流程，可以幫助企業從源頭上解決電磁兼容問題，同時省去許多人力、物力和金錢成本。

參考文獻

[1]鄭軍奇.EMC設計與測試案例分析[M].北京：電子工業出版社，2006.

[2] 秦利. EMC設計在電子設備中的應用[I].數字技術與應用，2012.