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EMC概述:什么是電磁兼容性(EMC)?

陳利妮 ? 來源:jerry181855 ? 作者:jerry181855 ? 2023-02-14 09:26 ? 次閱讀

電磁兼容性(EMC)”主要分為兩種,一種是設備本身的電磁噪聲對其他設備或人體帶來的影響(電磁干擾,EMI:Electromagnetic Interference, Emission),另一種是設備是否會因來自外部的電磁干擾而發生誤動作(電磁敏感性EMS:Electromagnetic Susceptibility, Immunity),之所稱為“電磁兼容性”,是由于為了避免發生故障,這兩方面都要兼顧。

從第13篇開始,將是大家期待已久的內容!我們將開始電磁兼容性(EMC)中級篇!從本文開始,我想圍繞“電磁兼容性(EMC)”做一個深入探討。希望本系列的內容對您有所幫助!

本文的重點是:什么是電磁兼容性(EMC)?當然這也是為了溫習一下相應的內容。在初級篇的第1篇中,有過以下介紹:

“電磁兼容性(EMC)”主要分為兩種,一種是設備本身的電磁噪聲對其他設備或人體帶來的影響(電磁干擾,EMI:Electromagnetic Interference, Emission),另一種是設備是否會因來自外部的電磁干擾而發生誤動作(電磁敏感性EMS:Electromagnetic Susceptibility, Immunity),之所稱為“電磁兼容性”,是由于為了避免發生故障,這兩方面都要兼顧。

以文字的形式寫成“定義”是這樣的,理解起來有點難是吧。下面我將淺顯易懂地、直觀地解釋一下。我將以大家熟悉的半導體集成電路(LSI、IC)為主角進行解說。

首先是電磁干擾(EMI或電磁發射)。如今,已經開發出并且在售的LSI和IC種類繁多。為了便于說明,大致分類如下:

  • ①老式三端電源(7805和7905等)和低飽和電源(LDO)等直流電源相關產品。這些產品要處理的信號是直流(DC)的。
  • ②差分運算放大器(運算放大器)、電壓比較器(比較器)、語音信號處理等相關的產品。要處理的信號是基于正弦波的模擬信號和線性信號。
  • 微控制器、存儲器、邏輯等相關的產品。要處理的信號是數字信號
  • ④最近常用的開關電源電荷泵電源等電源相關的產品;LED驅動器、LCD驅動器等顯示相關的產品;PWM電機驅動器等驅動相關的產品。這些LSI和IC是涉及到開關技術的產品。

其中①和②不產生電磁干擾(EMI),③和④產生電磁干擾(EMI)。可以簡單的理解為模擬LSI和線性LSI不會產生電磁噪聲,而數字LSI和開關LSI會產生電磁噪聲,這樣說可能更直觀更易懂。

由于直流電壓本身沒有基波和諧波分量,正弦波中的高次諧波分量(基波的N倍頻分量)很少,因此不易產生電磁噪聲。而數字LSI和開關LSI是處理矩形波(脈沖波)的產品,因此會產生比如在1GHz(千兆赫茲)左右的高次諧波分量(主要是奇次諧波)。這就是“電磁干擾 (EMI)”的本來面目。換句話說,數字LSI和開關LSI所進行的電路工作會產生電磁干擾(EMI)。當然,其優點是通過數字工作可實現高速、大規模的運算處理,通過低功耗工作可延長電池驅動時間。這些產品之所以能夠在世界范圍內被廣泛使用,因為它們的優點大于缺點。

其次,電磁敏感性(EMS或電磁抗擾度)是半導體集成電路(LSI、IC)對電磁噪聲的抵抗能力,要求其足夠強以防止誤動作。可以從兩個角度來看電磁敏感性(EMS)。

首先是從電壓軸的角度來思考。制造工藝越來越微細,電源電壓越來越低,這也就越來越容易導致誤動作。很久以前,5V邏輯IC是主流產品,但現在電源電壓為0.9V的產品并不少見。例如,在邏輯IC中,內部閾值電壓(IC內部區分H電平和L電平的電壓)已從2V降低到0.4V。5V邏輯IC受1V外部電磁噪聲的影響是不會產生誤動作的,而0.9V邏輯IC則很容易產生誤動作。盡管如此,仍然使用0.9V邏輯IC是因為其具有低功耗設計所需的優點。

然后是從頻率軸的角度來思考。半導體集成電路(LSI、IC)不能以其單體的形式單獨工作,需要安裝在印刷電路板(PCB)上組成電路后執行工作。在印刷電路板(PCB)上,包括LSI內部在內,存在很多與布線相關的寄生分量。簡單的有寄生電阻R(布線電阻)、寄生電容C(雜散電容)、寄生電感L(直流電感)等。經常聽到的比較有代表性的有ESR(Equivalent Series Resistance:等效串聯電阻)和ESL(Equivalent Series Inductance:效串聯電感)。而寄生分量中最麻煩的是電容分量和電感分量。這是因為存在于LSI內部和整個印刷電路板(PCB)的寄生電容C和寄生電感L會引發諧振現象。LC串聯諧振和并聯諧振可以發生在從低頻到高頻的各種頻率上。在這些諧振頻率上,阻抗會變為零或無窮大,從而形成容易發生誤動作的頻率。這也是需要很強的電磁敏感性(電磁抗擾度)的原因之一。之所以說是“之一”,是因為還有很多其他原因,比如容易誤動作的電路結構和電路板底片等。一般說來,相比電磁干擾(EMI)對策,針對電磁敏感性(EMS)的對策更難,原因是電磁敏感性(EMS)涉及到諸多因素,而要判明其中的哪一個因素是起主要作用的,就需要時間和技巧了。

接下來我想談談電磁噪聲的傳播路徑,但是放在這一篇文章里會顯得內容過多,所以我會在下一篇中進行講解。

感謝您閱讀本文。

審核編輯:湯梓紅

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