電磁兼容與電路保護

電磁乾擾通常有兩種情形，即傳導乾擾和輻射乾擾。傳導乾擾是指通過導電介質把一個電網絡上的信號耦合(乾擾)到另一個電網絡。輻射乾擾是指乾擾源通過空間把其信號耦合(乾擾)到另一個電網絡。因此對EMC問題的研究實際上就是對乾擾源、耦合途徑、敏感設備三者之間關係的研究。電磁兼容設計就是針對電子產品中產生的電磁乾擾進行優化設計，使之成為符合電磁兼容性標準的產品。

　　在電子線路中隻要有電場或磁場存在，就會產生電磁乾擾。在高速PCB及係統設計中，高頻信號線、集成電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射乾擾源，能發射電磁波並影響其它係統或本係統內其他子係統的正常工作。

　　電磁兼容設計考慮

　　為節省能源和提高工作效率，目前大多數電子產品都選用開關電源供電。同時，越來越多的產品也都含有數字電路，以便提供更多的應用功能。開關電源電路和數字電路中的時鐘電路是目前電子產品中*主要的電磁乾擾源，它們是電磁兼容設計的主要內容。

　　便攜式電子設備的尺寸日趨小巧纖薄，越來越多的新功能或新特性不斷被集成到設備中，使得便攜設備的數據率及時鐘頻率越來越高。與此同時，便攜設備必將麵臨著諸多潛在的電磁乾擾(EMI)/射頻乾擾(RFI)源的風險，如開關負載、電源電壓波動、短路、雷電、開關電源、RF放大器和功率放大器及時鐘信號的高頻噪聲等。因此，電路設計和電磁兼容性(EMC)設計的技術水平對產品的質量和技術性能指標將起到非常關鍵的作用。

　　電磁乾擾通常有兩種情形，即傳導乾擾和輻射乾擾。傳導乾擾是指通過導電介質把一個電網絡上的信號耦合(乾擾)到另一個電網絡。輻射乾擾是指乾擾源通過空間把其信號耦合(乾擾)到另一個電網絡。因此對EMC問題的研究實際上就是對乾擾源、耦合途徑、敏感設備三者之間關係的研究。電磁兼容設計就是針對電子產品中產生的電磁乾擾進行優化設計，使之成為符合電磁兼容性標準的產品。

　　在電子線路中隻要有電場或磁場存在，就會產生電磁乾擾。在高速PCB及係統設計中，高頻信號線、集成電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射乾擾源，能發射電磁波並影響其它係統或本係統內其他子係統的正常工作。

　　電路的ESD保護

　　靜電放電(ESD)是從事硬件設計和生產的工程師都必須掌握的知識。很多開發人員往往會遇到這樣的情形：實驗室中開發的產品，測試完全通過，但客戶使用一段時間後，即會出現異常現象，故障率也不是很高。一般情況下，這些問題大多由於浪湧衝擊、ESD衝擊等原因造成。在電子產品的裝配和製造過程中，超過25%的半導體芯片的損壞歸咎於ESD。隨著微電子技術的廣泛應用及電磁環境越來越複雜，人們對靜電放電的電磁場效應如電磁乾擾(EMI)及電磁兼容性(EMC)問題越來越重視。

　　電路設計工程師一般通過一定數量的瞬間電壓抑製器(TVS)器件增加保護。如固狀器件(二極管)、金屬氧化物變阻器(MOV)、可控矽整流器、其他可變電壓的材料(新聚合物器件)、氣體電子管和簡單的火花隙。隨著新一代高速電路的出現，器件的工作頻率已經從幾kHz上升到GHz，對用於ESD保護的高容量無源器件的要求也越來越高。例如，TVS必須迅速響應到來的浪湧電壓，當浪湧電壓在0.7ns達到8KV(或更高)峰值時，TVS器件的觸發或調整電壓(與輸入線平行)必須足夠低以便作為一個有效的電壓分配器。安森美半導體的NUC2401是一款帶集成低電容ESD保護功能的共模濾波器，能提供高速USB 2.0信號必要的帶寬、恰當的共模衰減及敏感的內部電路ESD保護，保持了信號的完整性。Vishay公司VBUS054B-HS3是一種單芯片ESD解決方案，線路電容間的差彆非常小，可保護雙高速USB端口，以防瞬態電壓信號。還可對略低於接地電平的負瞬態進行鉗位，同時在略高於5V工作電壓範圍對正瞬態進行鉗位。

　　現在，電路設計工程師在高頻電路設計中越來越多地采用ESD抑製方案。儘管低成本的矽二極管(或變阻器)的觸發/箝位電壓非常低，但其高頻容量和漏電流無法滿足不斷增長的應用需求。聚合物ESD抑製器在頻率高達6GHz時的衰減小於0.2dB，對電路的影響幾乎可以忽略不計。

　　電磁兼容和電路保護對所有電子產品的設計而言都是無法回避的問題。電路設計工程師除了熟悉電磁兼容相關標準，設計中還需綜合考慮器件本身的性能、寄生參數、產品性能、成本以及係統設計中的每個功能模塊，通過布局布線優化、增加去耦電容、磁珠、磁環、屏蔽、PCB諧振抑製等措施來確保EMI在控製範圍之內。在製定電路保護設計方案時，*重要的是首先掌握因應的技術方案和設計手段，並據此選擇正確的ESD保護器件。