EMI輻射設計理論和思路

EMI輻射設計理論和思路

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EMI輻射的基本理論

EMI輻射的基本理論：

輻射的一個重要基本概念是：電流導致輻射，而非電壓；

A. 所有的等電位的導體都能互連在一起，能連的都連上；不能連的用電容連上，電容連接就是濾波的方法！

B.所有的EMI的輻射問題都是遠場的輻射！遠場的輻射怎么出來？一定是騷擾信號源傳遞到了一個等效的天線模型上。由此建立等效的天線模型如下：

通過上面的電纜天線模型以及信號互聯的關鍵點： A.信號源（噪聲源）總是要返回其源頭，由上圖可知回路可能有許多不同的路徑； B.每條路徑上的電流幅值都不相同，這會與該路徑的阻抗有關； C.不希望某些電流在其中某條路徑上流動 因此就需要在該路徑上采取措施！比如：在信號源（噪聲源）串聯阻抗（共模電感，磁珠等等），對地增加Y電容的設計；從而改變輻射天線的能量，如上計算公式。 騷擾信號源傳遞到產品中的等效天線，然后傳遞發射出去產生EMI輻射問題。 1）電流不要流過等效天線，則沒有EMI的輻射問題; 2）電路中導體的所有電位都等電位的時候，就沒有電流存在了； 通過上面的分析可以提供我們基本的設計思路。讓輻射源不要流過這個等效的天線模型或者流過的等效的環路路徑最短/等效的回流面積最??；優化等效輻射阻抗Rr的電流值即減小輻射能量。

02

EMI輻射的模型分析

按照天線發射的模型分為：單極子天線模型，耦極子天線模型，環天線模型；其中單極子天線是耦極子天線的單極接地模型。我們還可以將模型簡化；變成共模發射和差模發射模型，參考如下：

通過上面看到：

上面左圖是電磁波的輻射天線，它是在兩個導體之間有一個電壓，如果電壓是直流的，那么顯然，因為兩個導體之間是開路的，那么導體上面便不會有電流。

如果上面的電壓是變化的，那么因為這兩個導體之間存在雜散電容（分布電容C），就會產生一個電流，這個電流是產生電磁波輻射的重要條件了。

上面右圖是一個環路天線，如果加到上面的電壓是直流電壓，這個電流只能產生一個靜磁場，這個磁場是沒有輻射的。

而如果加到上面的電壓是變化的電壓，那么會在上面產生交變的電流，由交變的電流產生交變的磁場，就會產生輻射。

在實際的產品設計應用中我們系統的噪聲源基本是比較容易知道的，或者說比較容易判定；比如噪聲源A.開關電源系統 B.時鐘及高頻信號源系統

通過上面的理論模型，將差模輻射和共模輻射電場能量進行定義比值為K分析：

通過上面的數據可以提供設計思路：

當噪聲電流的頻率f≥50MHZ 噪聲電流的回流面積A對輻射影響快速增大；

A.系統測試≥50MHZ輻射超標時需要優先優化關鍵信號的回流面積

B.對于高頻時鐘需要保證時鐘信號的回流面積最小，減小差模輻射

C.對于低頻開關電源系統其輻射一般≤100MHZ；

因此需要優化開關噪聲回路面積 同時降低高頻噪聲電流強度（在噪聲源端增加阻抗如磁珠等）；

對于時鐘系統及高頻信號系統 差模輻射及信號的回流面積是設計的關鍵；

通過視頻可以看到：高頻線路&低頻開關電源線路PCB設計之布局布線策略！

電流怎么走？高頻電流走感抗最低的環路；而不是最近的路！高頻信號回流路徑通過鏡像回流！開關電源布局布線要選擇最小回路！對于高頻高速信號采用雙面板及多層板的鋪銅地架構設計是要滿足關鍵信號的最小回流面積；對于開關電源系統的EMI輻射需要優化開關噪聲回路面積 同時降低高頻噪聲電流強度的設計思路！