电子产品设备的EMI辐射理论和展频解密

EMI辐射的模型：

骚扰信号源传递到产品中的等效天线模型，然后传递发射出去产生EMI辐射Data！

1）电流不要流过等效天线模型，则没有EMI的辐射问题;

2）电路中导体的所有电位都等电位的时候，就没有电流存在了；

EMI辐射的基本理论：

辐射的一个重要基本概念是：电流导致辐射，而非电压；

1.差模电流的磁场主要集中在差模电流构成的回路面积之内，

而回路面积之外的磁力线会相互抵消；

2.共模电流的磁场，在回路面积之外，

共模电流产生的磁场方向相同，磁场强度反而加强！

问题点：共模电流不能在RF返回路径中进行磁力线的抵消！

我的理论：

A.所有的等电位的导体都能互连在一起，能连的都连上；不能连的用电容连上，电容连接就是滤波的方法！

B.所有的EMI的辐射问题都是共模辐射！共模的场辐射怎么出来？一定是骚扰信号源传递到了一个等效的天线模型上；而不是骚扰信号源直接飞出去！！

我的EMI辐射的基本思路：

是让辐射源不要流过这个等效的天线模型或者流过的等效的环路路径最短/等效的回路面积最小化！

产品设计中的几个经常遇到设计方案问题

电子产品中的散热器问题分析一：

产品散热器的EMI辐射问题，散热器的接地理论分析！复杂产品散热器的体积越来越大，散热器的长度可以比拟这个辐射的波长；散热器容易变成辐射天线！

注意：EMI的辐射大都是远场的共模辐射！远场的辐射怎么出来？一定是骚扰信号源传递到了一个等效的天线模型上；而不是骚扰信号源直接飞出去的！！

处理方法：是让辐射源不要流过这个等效天线！

散热器成为等效天线，那简单的方法是要电流不能流过散热器；当散热器的电位与系统的工作地电位等电位；即将散热器连接到地对应的器件（IC）的GND让电流不流过散热器，因此就不会出现散热器的EMI辐射问题！！

电子产品中的接口连接线分析二：

25MHz晶振工作的通讯连接（比如以太网；HDMI接口；LVDS数据线）产生125MHz和375MHz的EMI-辐射超标；产品结构打上3mm的螺丝孔就没有辐射超标（螺丝没有接地）

以太网的辐射部分是由线缆引起的；它并不是说系统里面的25MHz的时钟信号直接出去的！25MHz及其谐波通过一定的传递路径，传递到以太网的信号线上；信号线上的电流大小决定了辐射的大小；可以确定的是锁螺丝孔的过程就改变了它的电流传递的路径；通过锁螺丝孔接地的方式改变了原来流过电缆上的电流！如果这个螺钉孔跟外壳有关的话就会是这个原因；而不是结构的封闭与不封闭的问题！

再进一步假设：螺丝并不是接地的！25MHz、125MHz/375MHz高频辐射信号能不能通过3mm的孔径出去？？

答案：不会！打螺钉拆掉就不过125MHz/375MHz的EMI的辐射问题，螺丝孔打上就能过了；这只能证明和这个孔有关，不能证明是从这个孔出去的！

我的EMI理论模型：骚扰源信号源要传递到产品中的等效天线模型然后再辐射出去！！

电子产品中的双面板PCB布线铺地的分析三：

双面板PCB系统铺地的理论和分析；铺地对EMI有什么影响？

铺地好的方面：

注意信号线的PCB板边缘的走线 如果铺地；这个信号线对外的信号耦合就减小了；PCB铺铜地在PCB板的边缘的地方就要有；铺铜铺在信号线之间，它就能降低信号间的串扰，串扰中的EMI辐射是跟它间接的关系的！如果两个都能达到或者做到了 EMI效果就会好！铺地不是每个地方按面积来数的，地要有目标的去铺设才是有好的作用的！

我的观点：PCB有铺铜的条件，且这个铺铜是有作用的，如果能提升EMI的性能；可建议采用PCB铺地铜的法则！

注意点：

在这个设计上要铺地就要保证信号的铺地平面与系统的参考地电位的阻抗要足够小；否则这个铺地就会对辐射干扰或抗辐射干扰都会有影响！

系统分布参数影响的电磁场环路分析！我用下面的等效来分析：

共模电流通过布局布线流经系统的信号线连接线及电缆等，其中>30MHz以上 为辐射发射的天线接收；即共模辐射在空间产生电磁场，此时被辐射骚扰测试接收天线接收后，那么就形成了产品对外的辐射骚扰。

EMI的传递路径：感性耦合；容性耦合；传导耦合；辐射耦合！

1.感性耦合路径问题

注意电路中的感性元器件：电感及 变压器器件等等；

2.容性耦合路径问题

注意电路中任意相近的两根电流导线都会存在分布电容耦合：临近PCB走线 及 关键走线&连接线；散热器等等；

EMI辐射的分析要点

今天的实践分析及成本最佳化思路的主体内容如下：

A.确认噪声源

B.了解噪声源的特性

C.确认噪声源的传递路径；

D.分析确认后成本最佳化设计。

总结：

辐射的一个重要基本概念是：电流导致辐射，而非电压；

所有的等电位的导体都能互连在一起，能连的都连上；不能连的用电容连上，电容连接就是滤波的方法！要让辐射源不要流过这个等效的天线模型！或者人为设定规定的等效路径！（阿杜老师的设计技巧）

第二部分 展频解密

1.扩谱时钟（展频技术）

扩谱时钟与普通时钟的区别是：普通时钟的信号周期十分稳定，而扩谱时钟信号的周期是按一定规律变化的。这种周期变化的结果是使时钟信号的谱线变宽，峰值降低！而每个谐波的总能量保持不变；如下示意图进行说明！

注意：扩谱时钟信号的频率抖动要控制在不引起系统时序错乱的程度，一般用百分比表示，称为频率调制度。

例如：±0.5%调制度表示100MHz的时钟频率在99.5MHz-100.5MHz之间变化。当系统有工作频率的上限要求时，为了避免时钟频率超过系统允许的最高频率；时钟频率可在99.5MHz-100MHz之间变化；这称为下扩谱！

常用的扩谱方式如下图所示：

我们在实际的技术规范中要注明这种时钟周期，幅度的抖动！

2.普通的标准时钟和扩谱时钟的发射频谱的对比数据如下：

3.扩谱时钟技术与传统的滤波技术的差异

用低通滤波器（例如铁氧体磁环或三端电容）对时钟信号滤波，将时钟信号的高次谐波衰减，从而减小电路辐射的方法已为大多的电子设计师所了解！这种滤波的结果是延长了脉冲信号的上升沿，因此不适合高速电路的场合！特别是随着数字电路的工作速度迅速提高，时钟信号的上升沿必须保持一定的抖动！不允许使用滤波的方法。

同样的在开关电源中，使用上升沿较长的脉冲虽然可以减小干扰发射；但是会导致电源的效率降低！

与使用滤波器衰减脉冲信号高次谐波的方法相比；扩谱时钟技术具有以下几个不可替代的好处！

A.时钟信号的波形不变；扩谱时钟信号的脉冲波形与普通时钟信号的脉冲波形一样，具有很陡的上升沿，适合高速数字逻辑电路！

B.扩谱时钟从根源上减小干扰幅度；传统的滤波技术仅能将安装滤波器的线路上的时钟高次谐波幅度降低，而这路时钟经过分频或再次驱动后，高次谐波幅度又会恢复（甚至更大，取决于分频或驱动电路）。扩谱时钟则没有这个问题；因为它从根源上降低了时钟信号的各次谐波幅度！

C.扩谱时钟减小所以谐波的幅度；滤波仅能将高次（为了保证时钟的基本波形，一般要保留15次谐波）谐波幅度降低，而对较低次谐波（特别是基频）没有任何的抑制效果！例如：对于频率为12MHz的时钟信号，一般仅能将150MHz（保留13次谐波）以上的谐波滤除！而150MHz以下的谐波任然会产生较强的发射！

这只能靠屏蔽和在电缆上使用高性能的滤波器来解决！

使用扩谱时钟则没有这个问题；几乎所有的谐波都会降低！

4.扩谱时钟的设计

获得扩谱时钟的器件有两类：

一类是独立的扩谱时钟振荡器（扩谱晶振）它的封装与普通晶体振荡器相同，可以直接替换普通的晶体振荡器，使电路工作在扩谱时钟状态。这类器件的缺点是每个型号的输出频率，扩谱参数（频率调制度）固定。

另一类需要外接一些器件，通常需要外接晶体或时钟源作为参考频率。这类器件的优点是工作频率为一个范围，扩谱参数可以设置！在新开发的产品中我推荐使用这类器件设计！

5.扩谱时钟(展频技术)在TFT-LCD显示的应用及技术要求