EMC風(fēng)險評估對象
EMC風(fēng)險評估按對象分一般包括兩個(gè)組成部分:
1)產(chǎn)品的機械結構構架的EMC風(fēng)險評估;
2)電路板的EMC風(fēng)險評估。
l產(chǎn)品的機械構架EMC風(fēng)險評估機理
產(chǎn)品的機械架構EMC風(fēng)險包括電磁敏感度(EMS)和電磁干擾(EMI)兩部分
對于EMS來(lái)說(shuō),其風(fēng)險評估機理在于當產(chǎn)品的某個(gè)端口注入同樣大小的高頻共模電壓或同樣大小的共模電流時(shí),不同的產(chǎn)品設計方案,就有不同大小的共模電流流過(guò)PCB相應的電路結構。機械架構設計中影響這種共模電流大小的因素即為產(chǎn)品機械架構電磁敏感度風(fēng)險要素。
對于EMI,可以看成當產(chǎn)品處于正常工作狀態(tài)時(shí),由于產(chǎn)品內部的信號傳遞,導致內部的有用信號或噪聲無(wú)意中以共模電流的方式傳導到產(chǎn)品中可以成為等效天線(xiàn)的導體形成輻射發(fā)射。如果這種無(wú)意中產(chǎn)生的共模電流,在傳導騷擾測量時(shí)傳導到測量設備線(xiàn)性阻抗穩定網(wǎng)絡(luò )(LISN)時(shí),就產(chǎn)生傳導騷擾測量問(wèn)題,產(chǎn)品機械架構設計的改變會(huì )改變這種電流的傳遞路徑與大小,較好的產(chǎn)品機械架構設計可以使得這種共模電流最小化,即風(fēng)險最小,反之則反。機械架構設計中影響EMI電流大小的因素即為產(chǎn)品機械架構EMI風(fēng)險要素。
從機械架構設計上看,如果產(chǎn)品的設計導致有較大的外部干擾電流流過(guò)核心功能電路,則將意味著(zhù)該產(chǎn)品的機械架構設計具有較大的EMC抗干擾風(fēng)險。
機械架構EMC風(fēng)險評估將發(fā)現機械架構設計的缺陷和不足,提供EMC風(fēng)險應對措施,進(jìn)而指導機械架構設計或評價(jià)產(chǎn)品現有的機械架構設計的方案。
l產(chǎn)品電路板EMC風(fēng)險評估機理
產(chǎn)品電路板(PCB)的EMC風(fēng)險評估是通過(guò)分析產(chǎn)品PCB端口電路受干擾機理和共模干擾電流流經(jīng)PCB時(shí)對電路形成干擾的工作機理的基礎上進(jìn)行的,目的是為了評估PCB電路可能存在的EMC風(fēng)險及其等級。
產(chǎn)品PCB的EMC風(fēng)險評估的機理從EMS和EMI兩方面分析:
EMS方面
圖1 干擾電流進(jìn)入I/O端口及PCB工作地后的干擾原理
如圖1所示,當同樣大小的高頻共模干擾電壓同時(shí)施加在信號電纜中的信號線(xiàn)和“0V”地線(xiàn)上時(shí),如果不存在接口電路端口上的濾波電容C,那么由于信號線(xiàn)與“0V”地線(xiàn)上的負載阻抗不一樣(信號線(xiàn)的負載阻抗較高),共模干擾信號將會(huì )轉變成差模信號施加在器件IC1信號端口和“0V”地之間。同時(shí),在信號線(xiàn)上的電流也會(huì )很小,而大部分電流會(huì )沿著(zhù)“0V”地線(xiàn)流動(dòng);如果存在接口電路端口上的濾波電容C,信號線(xiàn)上的電流I1經(jīng)過(guò)濾波電容后也會(huì )流向“0V”地線(xiàn),并與電纜中“0V”地線(xiàn)上的電流I2疊加在一起形成Iext??梢?jiàn),無(wú)論是否存在濾波電容C,在產(chǎn)品內部,干擾電流大部分都會(huì )在“0V”地線(xiàn)上流動(dòng)。其中C在此完成了產(chǎn)品的第一級濾波,它阻止了共模與差模的轉換及降低了器件IC1信號端口和地之間的干擾壓降,使IC1受到保護??梢?jiàn)評估PCB中所有端口信號線(xiàn)中是否存在濾波及評估PCB中“0V”地阻抗Z0V是評估PCB的抗干擾能力的要素。
同時(shí),干擾電流也會(huì )因為PCB中印制線(xiàn)之間的寄生電容(串擾),及PCB板中印制線(xiàn)與參考接地板之間的寄生電容形成回路。如圖2所示。
圖2 共模干擾電流通過(guò)寄生電容傳遞
可見(jiàn)PCB中印制線(xiàn)之間的寄生電容(串擾),及PCB板中印制線(xiàn)與參考接地板之間的寄生電容的大小直接影響PCB中電路受到的干擾大小,評估PCB中印制線(xiàn)之間的寄生電容(串擾),及PCB板中印制線(xiàn)與參考接地板之間的寄生電容的大小也是評估PCB板的抗干擾能力要素之一。
l EMI方面
PCB中高頻信號在“0V”地上回流時(shí),也會(huì )產(chǎn)生壓降。該壓降會(huì )引起流向外部的共模電流,引起圖3所示的輻射,可見(jiàn)評估PCB中“0V”地阻抗Z0V是評估PCB的EMI水平的要素。
圖3 地阻抗引起的輻射
同時(shí),PCB內部的高頻信號也會(huì )因為PCB中印制線(xiàn)之間的寄生電容(串擾)及PCB板中印制線(xiàn)與參考接地板之間的寄生電容形成回路,這些回路中存在等效發(fā)射天線(xiàn)時(shí),即產(chǎn)生輻射。如圖4所示。
圖4 PCB內部噪聲信號/電路借助寄生電容引起的輻射
可見(jiàn),PCB中印制線(xiàn)之間的寄生電容(串擾),及PCB板中印制線(xiàn)與參考接地板之間的寄生電容的大小直接影響PCB對外的輻射大小,有效降低這些寄生電容將有效降低PCB的EMI水平,評估PCB中印制線(xiàn)之間的寄生電容(串擾)及PCB板中印制線(xiàn)與參考接地板之間的寄生電容的大小也是評估PCB板的EMI水平的要素之一。
基于這些機理再建立產(chǎn)品在機械架構設計和PCB設計的完美設計模型(理想模型)。