EMI电磁干扰与探讨防制.ppt

1、EMI電磁干擾與探討防制,現今的消費電子性產品皆需要通過EMI的檢測才能夠量產，所以如何解決及防制EMI是很重要的關鍵，要從電磁波的干擾來思考問題，而非從電路的干擾上處理，因為雜訊是以電波的特性來傳播，而非從電流的特性傳播。,EMC診斷分析技巧,EMI EMC EMS EMS 現象說明 Path,Source,Antenna,什麼是EMC ?,當我們看電視或操作電腦時，如果旁邊有人使用電鬍刀或吸塵器時，螢幕常會出現令人煩 躁的雪花條紋或晃動現象。另外報章雜誌也時常報導有關行動電話干擾心率調整器(pace- maker)或工廠之起重機而造成誤動作的事故，基本上這些都是電磁干擾現象如果電磁干擾信號

2、妨礙了正使用中的醫療電子設備或飛行中的飛機電子設備時，則可能會造成不堪設想的後果。,所謂電磁相容性(Electromagnetic Compatibility, EMC)是指設備或系統在其電磁環境中能符合正常運轉的要求，並且不對其環境中的其他任何設備或系統產生無法忍受的電磁干擾訊號。 因此，EMC必須包括兩方面的要求：一方面是指設備在正常運轉過程中對所在環境產生的電磁干擾不能超過一定的限值，即電磁干擾(Electromagnetic Interference, EMI)；另一方面是指設備對所在環境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗干擾能力，即電磁耐受性(Electromagnetic Susce

3、ptibility, EMS)。,舉凡所有電器電子動力商品皆有EMC 現象的產生及顧慮，商品大至火車、飛機及發電機，小至電腦、燈座及電池玩具。而EMC 規範即對此類產品制定限制值，以防止產生太多電磁干擾(EMI)去影響其他產品的正常運作，同時亦要求產品要具備防電磁干擾(EMS)的特性。,EMC 診斷-天線輻射,1.EMC和天線理論是密切而息息相關的，如何將天線理論的觀念，應用到實際產品的設計修改對策是非常重要的，能夠充分了解認識天線理論才能做好產品的EMC的防制。 2.電磁波輻射是一個很抽象的現象，因為電波輻射在空中看不見也摸不著，因此當發生電磁干擾現象時往往不易解決。 3.整個天線的理論是相

4、當複雜的，從EMC的角度而言其實重點只有一個，那便是天線的長度。因為雜訊是經由天線將能量輻射到空中，而不同的長度所共振的頻率是不同的，所以只要避免或減低共振天線的效應，則可有效控制產品的EMC。,EMI診斷四步驟,一、正確的診斷 Path Source :Clock Path: Air, Line Antenna:Line,Source,Antenna,二、初步的診斷 步驟一 將待測物轉到最大位置(即訊號最強的位置) 將待測物Power Off 確認 步驟二 取下週邊的電纜 步驟三 電源線的判斷 步驟四 檢查螺絲及連接頭接地,三、細部的診斷 步驟一 磁場探棒探測整合各電路板上的雜訊。 步驟二

5、電場探棒探測各個線路及元件接腳雜訊。,四、對策的處理 (1)外部構造的屏蔽處理 (2)機器外部的電纜線處理 (3)機器內部的電纜線處理 (4)電路板上的佈線處理 (5)機器內的振盪頻率 (6)IC元件的選擇,常用對策方法整理,(1)加Core (2)加電容(10-100p) (3)加電阻(30-50 ohm) (4)加Bead (5)加Filter (6)加粗電線 (7)用Shielding處理,EMI設計方法整理,一、EMC對策元件預留 (1)Clock線路，預留電阻、電容腳位。 (2)I/O Port的輸出腳，預留電阻、電容腳位。 (3)主機板上平均擺放電解電容。 (4)重要元件的VCC及

6、Ground預留Bead。,二、元件的選擇 (1)元件的選擇是必須考慮的，尤其對一些敏感的元件(振盪、除頻等)，有時須注意選擇不同速度及廠牌比較。 (2)如何比較元件EMI的好壞，如果每次重新組裝拆卸焊接，再拿到測試場地測試評估，將會浪費許多時間與金錢，故利用示波器來分析Clock波形，以避免花代太多時間在EMI測試評估上。 (3)判斷的重點主要是，看波形的邊緣是否平滑，以及接近理想的波形(方波或正弦波)，避免有overshot發生。 (4)不良的波形會造成高頻諧波的產生。,三、Bypass電容應用原則 (1)Bypass Ground的問題，大多數工程人員，皆把問題的重點放在Bypass電容

7、的容值大小，常見工程人員往往花許多時間，在調整不同的電容值，來判斷Bypass的效果。事實上，這是一個錯誤的觀念，也是導致EMI修改上往往花費許多的時間。 (2)從EMI的角度來看，Bypass電容的使用關鍵是，Bypass電容的下地點是否乾淨(Clear)，是否最短的路徑，至於容值的大小，則在一定範圍內(0.1uF-100pF)皆有效果。 (3)在考慮使用Bypass電容的對策或設計時，最重要的是，先須考慮所下的地面積是否夠大，路徑是否夠短，若地的面積大小，或雜訊太高，則加上Bypass電容可能雜訊反而升高。若Bypass電容走線太長，則因線路上的高頻阻抗太高，雖然接地面夠大、夠乾淨，還是無

8、法充分導到接地面,四、I/O Filter應用分 在I/O Port加上適當的濾波器，往往可以達到良好的雜訊抑制效果，至於要加哪些濾波器及其位置的擺放如何。 (1)電容C在成品完成時先不要加上，亦即預留電容位置，待經由診斷後才逐一加上，因為電容C可能會將雜訊流到接地，然後經由別條電纜輻射出來。 (2)電感L(Bead)的作用為將高頻雜訊以熱能消耗，電容C 的作用為將高頻雜訊導流到接地上。 (3)L與C使高頻雜訊不會流至外接電纜，因為外接電纜的天線效應會將高頻雜訊輻射到空中。,EMI Layout流程原則說明,一、Placement (1)I/O Port 遠離高頻雜訊區 (2)Componen

9、t 相互作用元件儘量放在一起 (3)Direction維持最短路徑的擺放 二、Ground (1)Function Analog安排及Digital的安排 (2)Noise (a)CPU切割使高頻雜訊區隔離 (b)I/O切割使低頻雜提供Bypass乾淨的地 (3)I/O Port I/O Connector Ground要與金屬機殼密合 (4)Main board利用螺絲孔使內層Ground和金屬機殼連接,三、 Filter (1)Source (a)Bypass(20p-100p) (b)Bead(阻抗500 ohm以上) (c)Resister(22-47ohm) (2)I/O Port

10、(a)Bypass(20p-100p) (b)Bead(阻抗500 ohm以上) (c)Resister(22-47ohm) (3)Vcc&Ground Bypsaa &Bead,四、Cable (1)Inside (a)Short (b)Core(for below 300MHz noise) (c)Shielding(for above 300MHznoise) (2)Outside (a) Short (b)Core(for below 300MHz noise) (c)Shielding(for above 300MHznoise),五、Housing (1)Metal (a)開孔方式

11、以不規則及小圓孔的原則 (b)接縫處要充分密合滴水不漏 (c)噴漆在內面接縫處不可噴到絕緣漆或烤漆 (2)Plastic (a)接縫處上下蓋接觸面積加大 (b)底座要預留金屬彈片的位置,Reconfirm的重要,在許多EMI對策上會面臨Golden Sample可符合而量產品 卻無法符合的困擾，會有這現象最主要就是沒有逐一確 認所下的對策是否有效，故Reconfirm的觀念是很重要的 正確的步驟如下: 步驟一 將對策逐一取下，看雜訊是否升高 步驟二 再將對策逐一加上，看雜訊是否降低 步驟三 依所用對策加在另一台相同Sample，看雜訊是否符合 經過重覆的步驟，可確保量產之穩定,1.由於時域(time-domain)和頻域(frequency-domain)可互為轉換(傅立葉轉換)，故可從示波器上的波形，來判斷信號可能產生的雜訊。 2.對於線路上R與C大小的選擇，因為牽涉到電路板上線路的阻抗匹配，往往很難做適當的選擇，以致於要Try &Error。如此會浪費許多時間在測試場地上，卻不見得有較好的效果。 3.示波器的使用，可以很容易找到適當的R值與C值，並且節省測試時間，非常值得R&D人員的使用,EMI診斷-示波器EMI評估方法,1.調整不同的電阻值R35，觀察輸出腳(第2腳)的波形 2.從示波器上的輸出波形