EMC 电路设计基础

EMC 在 JIS 中被定义为“电磁兼容性”，意为“不对其他设备产生电磁干扰，即使受到来自其他设备的电磁干扰，仍能保持原有的性能”，也就是具备相互兼顾兼容的性质。

EMC 大致分为 EMI（电磁干扰）和 EMS（电磁敏感性）两部分。

一、半导体元器件与 EMC

近年来，很多 IC 制造商会以自己公司的 IC 芯片为主体构建目标功能，并用树脂封装的形式做成类似 IC 的电源模块和功率模块。

EMC 最终是针对设备和装置进行评估

但要想实现出色的 EMC，关键在于从每个单独的元器件到模块乃至电路板级别都要分别采取相应的措施。故对器件和IC的选型就很关键。

1、对于 EMI 而言，随着微细化（IC的集成）的发展，工作电压会越来越低，低频电磁噪声会因而减少，工作频率会随寄生电容的减小而提高，从而呈现出高频噪声增加的趋势。

2、对于 EMS 而言也是一样，随着微细化的发展工作电压会降低，噪声容限也会随之变小，因此反应会更加灵敏，更容易引发误动作。

二、模块与 EMC

在产品规格书和应用指南中会提供产品的测试电路图、电路板布局图和注意事项等。

3、模块中含有无源器件等外围元器件，需要作为独立的功能产品接受 EMC 评估和EMC 标准合规性判定。

近年来，主流模块产品中都内置了用作 EMI 对策的 π 型滤波器（1 个电感器和 2 个电容器），以及用作 EMS 对策的电容器等。

三、产品规格与 EMC

近年来，越来越多的规格书中增加了 EMC相关的内容。EMC 相关的信息通常可以在规格书的首页中找到。

例如符合 AEC-Q100 标准、抗噪性能出色、

符合 CISPR25 的Class5 标准等。

AEC-Q100 是由汽车电子协会（ AEC ）制定的产品认证测试标准，与电子元器件有关的主要项目如下：
AEC-Q100：半导体集成电路（IC）
AEC-Q101：分立半导体元器件（晶体管、二极管等）
AEC-Q200：分立无源元器件（电阻器、电容器、电感器等）

CISPR25 标准是国际无线电干扰特别委员会（CISPR）制定的关于“用于车载接收机保护的干扰波推荐限值和测量方法”的标准。简而言之，它是与车载设备的电磁干扰（EMI）相关的标准。如果规格书中有“符合 CISPR25 Class5 标准”字样，意味着该产品的传导发射和辐射发射低于标准中的限值。

CISPR25 分为 Class 1 到 Class 5 共五个等级，其中 Class 5 的限值最为严格。

4、严格按照规格书上面的标准值进行设计，并对该产品的质量进行把关测试。

5、部分规格书的EMC参数值是参考值，并不是具体值，所以需要进行测试。

6、不愿意测试或者不具备测试条件的厂商可以要求厂家提供相关认证测试标准的测试报告（CISPR25 标准+AEC-Q10X 标准）

四、电路、电路板与 EMC

可以使用 IC 制造商提供的评估板。

在评估板上，电源线和接地线的图案、输入输出信号线的图案都是理想的。由于每条布线的走线、布线宽度和布线长度都已经过周到的考虑，因此用户在制作应用产品的电路板时可以参考。

需要注意的是，从完全接地变为不完全接地时，电气特性会产生变化。

此外，在连接模拟、数字和电源等电路的接地线时，还需要具备不同问题的处理能力。

比较有效的做法是事先在评估板的状态下逐一确认。在应用产品的电路板上进行测试时，可以从
整体上判断是否符合 EMC 标准，但在判定不符合标准的情况下，很难调查是哪个 IC 或外围元器件造成的结果。通过事先逐一确认，可以预先添加对策部件或对策电路，这样能够减少在应该产品的电路板完成后因 EMC 问题而返工的可能性。

关于评估板接地线的连接方法，基本上可以认为是以 IC 的接地引脚为基准点的。有些产品可能有多个接地引脚，但大多数是在 IC 正下方直接短路。在评估板上，接地线的走线是从那里引向电路板的外侧。

评估板上的基准接地电压是 IC 接地引脚的电压值。牢记这一点将有助于进行准确的测量。尤其是在测量噪声电平和串扰等微小信号时，需要注意要连接接地线的位置。用声级计或频谱分析仪测量时，将探头的接地端连接到即尽可能靠近 IC 接地引脚的位置，就可以测出接近真值的值

当有多个评估板或评估对象时，最基本的要求是两者的接地引脚必须短路，这一点是非常重要的。常有人说“评估板分模拟类和功率类，在实验时，最好将接地线分开，不要相互连接，这样噪声特性更好”，这是错误的说法。如果不让两者的接地引脚短路，那么两者间的接地电位差将是不确定的，从而会导致无法正常工作。

模拟 IC、数字IC 和电源类 IC 的接地线布局有两种方法。

第一种是优先考虑整体电气特性的方法。采用这种方法时，当然上述各类接地线都要短路，但需要在各类接地线之间留有一条缝隙。短路的位置也对电气特性有很大影响，但绝对不能分开。

另一种是优先考虑 EMC 特性的方法。采用这种方法时，不是在接地线之间留有缝隙，而是通过所谓的“全面铺地”将各类接地引脚短路。这使得电源电流的路径和接地电流的路径在评估板上方和下方（多层电路板时）位于相同的位置。这种接地电流在 EMC 领域中被称为“返回电流”，重要的是通过布局使这种返回电流可以自由地流动。这是因为如果有缝隙等，电源电流和接地电流产生的磁场就不会通过迂回路径被消除，从而产生 EMI（不必要的辐射和发射），导致特性恶化。

另外设计电路板时尤其要注意的是电路板的寄生电感和寄生电容。这是因为它们很可能会导致在高频段中的串联谐振频率和并联谐振频率处的 EMC 特性变差。

总结：

那么如何通过电路板布局来改善 EMC 特性呢？

主要有两个基本方法可以参考。

在市场上可以买到“EMC 对策元器件”（用来解决 EMC 问题的元器件）。比如可以通过使用噪
声滤波器等器件来实现所需的 EMC 特性。

然而，正确的顺序应该是先设计出不发出噪声（EMI）且抗噪能力强（EMS）的电路板布局，然后再考虑使用抑制噪声的元器件。

关于对布局和布线的考量，对 EMI 可以将电路板布线比作电磁噪声的“发射天线”，而对于 EMS 则相反，可以将电路板布线比作电磁噪声的“接收天线”。要想使电磁噪声不容易发射和不容易接收，是有一些基本理论的，需要将这些基本理论反映在电路板布局中。

其中一个是屏蔽。近年来，多层电路板（比如 4 层）开始普及。在多层电路板中，可以看到很多是尽可能地使用电路板表面层和背面层作为完全接地面的。这是一种电路板的金属屏蔽方法，在内层布设信号线和控制线。

另一个是尽可能地缩小电路板的尺寸。电路板越小，布线长度也就越短。这样可以减少寄生电感和寄生电容。从同样的视角来看，选用元器件尺寸也尽可能小的表面贴装型产品是比较理想的。事上，“美观”的电路板布局无外乎是减少这些寄生分量。

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