電子電路中為什麼頻率高就會出現EMC問題?

時間 2021-06-06 08:45:02

1樓:

波長頻率= 傳輸速度/波長,

在同樣材質和厚度的電路板中,傳輸速度一致,那引起變化實際上是波長下圖: 當傳輸線長度與波長很接近時候, 這個傳輸線的起始端和終端明顯相位是不一樣的。

對於電路來講,左邊訊號,右邊處理的時刻,明顯已經變了。。

如,對於數位電路來講,就是紊亂。

當然有解決方法:差分方式,兩個線長度一樣,相位變化也一樣,那麼就可以解決這個問題。

到EMI干擾來講,無論是輻射干擾還是傳導干擾, 引起的相位變化,導致訊號出錯,這是根本原因。

2樓:dwenzhao

無論pcb還是導線,都是有一定電容和電感的,但值都非常小,對頻率低的訊號,其影響極小而可以忽略不計,認為是理想導體。但對到了一定頻率的訊號來說,這些小電容和電感的影響就非常明顯了,甚至完全決定了其特性,就不能忽略了。

3樓:反向恢復電荷

我是做功率器件的,並不是搞EMI的,說的不夠細緻和具體,只談一點個人的淺見。完全是基於個人的理解,如有謬誤,請多批評指正。

首先,要理解為什麼有雜訊產生。如果電路中只存在直流且幅值不變的訊號,是不會產生諧波的,因為沒有高頻分量。什麼樣的動作會讓電路裡面產生高頻分量呢?

開關動作。元器件上方波訊號的產生使得電路裡面存在了高頻分量。這樣就存在了乙個訊號源。

而這個訊號源要couple回電網,也就是需要乙個電路。有了源,有了導通路徑,雜訊就回到了入端,產生了高次諧波。為了避免電氣產品對電網產生這樣的危害,所以對於傳導EMI有了規定和限制。

在理解傳導EMI的時候,可以把converter在每乙個頻率下都理解成不同的電路,每乙個電路在相應的頻率下,loop impedance都不同。乙個電容在低頻下是高阻,可到了高頻,就變成了低阻,可以讓雜訊通過。電感也是這個道理。

電路中的什麼可以提供雜訊couple回到電網的路徑呢?舉個例子,對於共模來說,當你的器件上產生了dv/dt,那麼如果器件與共模地之間存在電容(一般的理解是接地的heatsink),雜訊就會傳導回去,其他的路徑比如變壓器的繞組之間都會有這樣的問題。同樣的道理,phase和neutral之間的迴路給差模雜訊提供了通路。

說回你的問題,我個人理解你想問的是為什麼switching frequency高就會產生EMC問題。從傳導角度來講,從150kHz開始算作EMC標準的話,低頻下,這個頻段可能是你的10次諧波。當你的開關頻率變高,這個可能都沒到你的開關頻率。

尤其是對於帶電感負載的差模迴路,這個變化是非常顯著的。通常在設計EMI filter的時候,關注的也是低頻下(<1MHz)的雜訊。另外,如果device的開關動作變快,那麼在輻射EMI的範圍內,對應於開關上公升下降沿的還有ringing的頻率範圍處,輻射的幅值也會變高。

更進一步,關於濾波器設計。你已經有了乙個雜訊源。根據戴維寧等效電路,如果你的傳輸阻抗R1和負載阻抗R2相等,傳輸出去的能量是最大的。

這個可以解釋為什麼高頻電路設計需要考慮阻抗匹配。對於濾波器設計來說,要做的是阻抗的不匹配。也就是你的濾波器阻抗和電網阻抗越mismatch,能耦合回電網中的雜訊就越少。

具體的濾波器設計可以參考EMI filter design這本書。

具體的分析還是很複雜的,電路裡面太多的東西阻礙了EMI modeling的工作。電路阻抗,溫度等相互影響。是個需要trail and error的玄學問題。。。

4樓:RFZone

電路設計中的EMC就是干擾(EMI)和抗干擾的問題。干擾途徑有兩類,一類是傳導干擾,一類是輻射干擾。

傳導干擾主要針對於低頻干擾訊號,通過電源網路或者控制網路引起的干擾,不涉及空間耦合/輻射,所以稱為傳導干擾。規避這類干擾,主要是通過引入EMI濾波器或者退耦電容。

輻射干擾主要針對於高頻訊號,因為達到輻射的乙個條件就是要有「天線」,一般天線尺寸為半個波長或者四分之一個波長,訊號才能有效輻射出去。對於電路板而言,肯定波長比較短的高頻訊號才最有「機會」輻射出去。

電路上哪些部分可以作為「天線」呢?

遮蔽架(遮蔽蓋)、導線甚至是器件本身都有可能成為罪魁禍首。

如何防止輻射干擾呢?

接地一定要處理好,良好的接地可以破壞其諧振性,從而防止向外輻射。

還有一類干擾是通過走線間的耦合引起的,這其實也是輻射干擾的範疇。通過良好的包地處理也是可以規避的。

5樓:

我這裡從集中引數電路的角度去考慮,不是很嚴謹但是容易理解

所謂的EMC電磁相容性問題,無非就是電路受到別的東西干擾了,干擾的途徑無非就是電容耦合和電感耦合(當然還有各種傳導,為了不說得太複雜就省略了)

當電路板定下來以後,各種耦合的電容和電感就定下來了,就是說電容量和電感量定下來了,那麼:

電容耦合很容易理解嘛,頻率越高容抗越小,當然干擾也越強

電感耦合好像沒那麼直接,因為頻率越高感抗越大,但是要注意干擾是通過互感實現的,而互感跟di/dt有關,當di一定的時候,頻率越高dt越小互感越強,當頻率一定的時候di越強互感越強,也就是說即使頻率低(dt大),但是di大的情況下也會出現嚴重的干擾,比如開關電源的那種情況

另外一種問題是訊號完整性(SI)問題,EMC其實可以算成SI問題下的乙個子問題,因為除了被干擾外,電路自身的東西也會影響訊號質量,比如阻抗不匹配,電路傳輸損耗等,頻率越高這些問題越明顯

要詳細了解還是去看書吧,這個問題非常複雜的,子慕雲答主推薦的那兩本書是非常經典的值得看

6樓:Jeromecool

簡單回答一下:

1,關於訊號完整性(SI),電源完整性(PI)設計。

電路頻率公升高帶來的挑戰可以從兩方面考慮:

1.1 PCB上的走線,通孔,焊盤等等,都不是理想的導線。除寄生電阻和頻率無關外,寄生電感/電容的阻抗都是頻率相關的,Z=jwL,Z=1/(jwC)。

頻率足夠高時,電感/電容的阻抗影響會非常嚴重。打個比方,訊號走線上有乙個通孔via,萬用表量下,恩,是通的;但是對於高頻訊號來說,via電感太大,對不起訊號過不去。此外寄生電容和走線電阻可以構成的低通濾波器,對高頻訊號有顯著衰減作用,例如一段20inch的走線之後,訊號幅度只剩下原來的1%了(40dB衰減)。

此外還有更高難度挑戰,寄生電感電容電阻可以構成各種千奇百怪的諧振網路,頻率特性優化堪稱玄學。

1.2 電路中訊號傳播速度是有限的,這個速度至少小於光速(事實上訊號在PCB走線傳播速度要顯著低於光速,可以根據傳輸線理論計算,跟走線的結構、材料都有關。只有真空中才嚴格等於光速,空氣中近似等於光速)。

對於低頻電路來講,訊號傳播時間可忽略。整條訊號線在電路中近似為同乙個節點;但是對於高頻電路,比如說一段10cm的走線,對於乙個1GHz的訊號來講,傳送端和接受端可能就錯開乙個週期了。更麻煩的是,PCB上訊號走線的任何一點不連續、粗細變化、拐角、通孔,都會導致高頻訊號通過該點時發生反射,多次反射。

接收端最終收到的訊號是傳送端訊號的延遲+各次反射回波的疊加。

2,關於電磁相容(EMC)

這個不是我的專長。

簡單來講。電路中的走線從射頻的角度來講都是天線。當這個天線的尺寸和交流訊號的波長可比擬的時候,它的發射/接受效率是更高的。

因此對於同樣物理尺寸的一塊PCB來說,它的工作頻率越高,那麼它向周邊空間中發射的電磁波能量就越大,同時也更容易受到空間電磁波的干擾。

7樓:子慕雲

根上偏了。導致EMC的主要原因是訊號的邊沿(上公升沿/下降沿),與訊號的時鐘頻率無直接關係,只是高時鐘頻率的訊號出現的概率更高,因為它更需要更快的上公升/下降沿。

推薦先看看下面兩本經典,兩本書一本老外寫的,一本中中國人寫的,內容比較類似,可以買來對照著讀。

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