EMC设计中最三个重要元器件

PEELAY

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在硬件设计过程中，工程师往往会面临很多关技术难点。EMC对于很多新手工程师来说基本可以归纳到“玄学”范畴，难倒很多“英雄汉”。说起来简单但处理起来却极其困难是EMC成为玄学的主要原因。今日推文，就给大家整理在EMC设计中，最常用到的三个基本器件的使用方法和一些避坑要点，助力尽早跨越EMC这座“大山”。

从滤除高频噪声的角度看，电容的谐振是不希望存在的。当要滤除的噪声频率确定时，可以通过调整电容的容量，使谐振点刚好落在骚扰频率上。

在实际工程中，要滤除的电磁噪声频率往往高达数百MHz，甚至超过1GHz。对这样高频的电磁噪声必须使用穿心电容才能有效地滤除。

普通电容之所以不能有效地滤除高频噪声，是因为两个原因：

一个原因是电容引线电感造成电容谐振，对高频信号呈现较大的阻抗，削弱了对高频信号的旁路作用；

另一个原因是导线之间的寄生电容使高频信号发生耦合，降低了滤波效果。

穿心电容之所以能有效地滤除高频噪声，是因为穿心电容不仅没有引线电感造成电容谐振频率过低的问题。而且穿心电容可以直接安装在金属面板上，利用金属面板起到高频隔离的作用。

穿心电容最大的弱点是怕高温和温度冲击，这在将穿心电容往金属面板上焊接时造成很大困难。许多电容在焊接过程中会发生损坏。在焊接时，尤其需要注意：无论是螺装型还是直接焊接型，烙铁端的温度不宜超过 300 ℃，焊接材料时间最长 3 ~ 5 秒，尽减小热冲击破坏电容的危险。当需要将大量的穿心电容安装在面板上时，只要有一个损坏，就很难修复，因为在将损坏的电容拆下时，会造成邻近其它电容的损坏。

由于EMC所面临解决问题大多是共模干扰，因此共模电感也是我们常用的有力元件之一。

共模电感是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件，由两个尺寸相同，匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上，形成一个四端器件。

共模电感对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用，而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。这是因为：流过共模电流时磁环中的磁通相互叠加，从而具有相当大的电感量，对共模电流起到抑制作用。而当两线圈流过差模电流时，磁环中的磁通相互抵消，几乎没有电感量，所以差模电流可以无衰减地通过。

因此共模电感在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号，而对线路正常传输的差模信号无影响。

共模电感在制作时应满足以下要求：

(1)绕制在线圈磁芯上的导线要相互绝缘，以保证在瞬时过电压作用下线圈的匝间不发生击穿短路;

(2)当线圈流过瞬时大电流时，磁芯不要出现饱和;

(3)线圈中的磁芯应与线圈绝缘，以防止在瞬时过电压作用下两者之间发生击穿;

(4)线圈应尽可能绕制单层，这样做可减小线圈的寄生电容，增强线圈对瞬时过电压的承受能力。

通常情况下，注意选择所需滤波的频段，共模阻抗越大越好，因此我们在选择共模电感时需要看器件资料，根据阻抗频率曲线选择。另外选择时注意考虑差模阻抗对信号的影响，主要关注差模阻抗，特别注意高速端口。

数字电路EMC电路中，常常使用到的磁珠是铁氧体材料，这种材料具有很高的导磁率，可以使电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容最小。

在低频段，阻抗由电感的感抗构成，低频时R很小，磁芯的磁导率较高，因此电感量较大，L起主要作用，电磁干扰被反射而受到抑制;并且这时磁芯的损耗较小，整个器件是一个低损耗、高Q特性的电感，这种电感容易造成谐振因此在低频段，有时可能出现使用铁氧体磁珠后干扰增强的现象。

在高频段，阻抗由电阻成分构成，随着频率升高，磁芯的磁导率降低，导致电感的电感量减小，感抗成分减小。但是，这时磁芯的损耗增加，电阻成分增加，导致总的阻抗增加，当高频信号通过铁氧体时，电磁干扰被吸收并转换成热能的形式耗散掉。

磁珠的单位是欧姆，因为磁珠的单位是按照它在某一频率产生的阻抗来标称的，阻抗的单位也是欧姆。磁珠的DATASHEET上一般会提供频率和阻抗的特性曲线图，一般以100MHz为标准，比如是在100MHz频率的时候磁珠的阻抗相当于1000欧姆。

针对我们所要滤波的频段需要选取磁珠阻抗越大越好，通常情况下选取600欧姆阻抗以上的。

另外选择磁珠时需要注意磁珠的通流量，一般需要降额80%处理，用在电源电路时要考虑直流阻抗对压降影响。当回流的电流比较大时，如果数字地和模拟地之间的磁珠阻抗过大，会导致产生较大的压差和噪声波动，反而会使得AD/DA的性能指标变差。

在时钟发生电路，模拟电路和数字电路之间的滤波，I/O输入/输出内部连接器(比如串口，并口，键盘，鼠标，长途电信，本地局域网)，射频电路和易受干扰的逻辑设备之间，供电电路中滤除高频传导干扰，计算机，打印机，录像机(VCRS)，电视系统和手提电话中的EMI噪声抑止。

最后，如果你在硬件设计之路，想要进阶，EMC是必须掌握的技能。本篇文章希望是你进阶的敲门砖。

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