電路設(shè)計(jì)EMI問題分析
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摘要:電磁干擾問題是現(xiàn)代通信裝備長期存在的頑疾，主要有輻射和傳導(dǎo)兩種方式產(chǎn)生。分析干擾問題需要從干擾源、耦合通道和敏感體3個(gè)方面考慮:準(zhǔn)確地分析判斷干擾源、合理有效地切斷耦合通道和正確有效地保護(hù)敏感體。這是解決EMI問題的有效方法。文章主要介紹了一種典型的電磁干擾，并結(jié)合實(shí)例給出了相應(yīng)的低成本解決方法。
關(guān)鍵詞:電磁干擾;EMI;電路設(shè)計(jì)
引言
隨著技術(shù)的發(fā)展，通信設(shè)備逐漸向高速率、大帶寬、低功耗和小型化等方向發(fā)展，這種趨勢導(dǎo)致了系統(tǒng)電磁兼容設(shè)計(jì)難度越來越大，成為急待解決的技術(shù)難題和系統(tǒng)工程。電磁干擾(ElectromagneticInterference，emi)方式主要有傳導(dǎo)和輻射兩種，包括干擾源、耦合通道和敏感體3個(gè)要素，EMI的設(shè)計(jì)一般從這3個(gè)方面進(jìn)行著手。本文通過一個(gè)簡單實(shí)例對電路中的EMI問題進(jìn)行探討。
1EMI產(chǎn)生
面對通信設(shè)備的高速率、大帶寬、低功耗和小型化發(fā)展趨勢，設(shè)計(jì)人員必須選用高集成度、高處理速率的元器件，來幫助滿足客戶需求。此類器件需要使用高速時(shí)鐘(CLK)、高速數(shù)據(jù)(DATA)信號及其他大量的數(shù)字信號一起協(xié)同完成對用戶信息的處理，這樣勢必會(huì)產(chǎn)生大量的高次諧波分量，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引發(fā)大量的交調(diào)分量。這些高次諧波信號的嚴(yán)重性在于其會(huì)對設(shè)備中的其他部件如射頻部件、電源部件，甚至對地電平產(chǎn)生較大的干擾，從而導(dǎo)致模擬信號質(zhì)量變差、基準(zhǔn)源惡化，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作［1］。本文所舉例的通信設(shè)備采用了集中電源管理方案，數(shù)字基帶部件的電源電路和射頻部件的電源電路分布于同一塊電路板，電源模塊的設(shè)計(jì)不當(dāng)往往導(dǎo)致各種各樣的干擾，給設(shè)備的整體性能帶來嚴(yán)重影響。本文所舉例的通信設(shè)備選用了大量的開關(guān)電源來降低功耗，提升電源利用效率。當(dāng)幾個(gè)開關(guān)電源緊靠在一塊工作時(shí)，相互間也容易產(chǎn)生影響，導(dǎo)致輸出電源疊加大量的多頻紋波和噪聲，并且很難通過電感和電容等手段進(jìn)行處理。同時(shí)，開關(guān)電源的輸出一旦被多種高頻信號干擾后，就會(huì)導(dǎo)致其輸入端產(chǎn)生大量的電源噪聲，從而影響其他電源模塊的輸出電源質(zhì)量，特別是射頻電源，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致射頻信號的相噪指標(biāo)惡化5～10dB。
2EMI處理
本文所舉例的通信設(shè)備在研制過程中曾經(jīng)遇到過嚴(yán)重的EMI問題，數(shù)字電路產(chǎn)生了大量的高頻輻射，通過電源模塊串?dāng)_，導(dǎo)致了射頻輸出信號的相噪指標(biāo)嚴(yán)重惡化。下面針對這個(gè)EMI問題進(jìn)行分析，并給出解決措施［2］。設(shè)備包含基帶模塊、射頻模塊及電源模塊，統(tǒng)一安裝在體積為24cm×30cm×15cm的機(jī)箱內(nèi)?；鶐K工作時(shí)產(chǎn)生了最高300MHz的一系列高頻干擾信號，嚴(yán)重影響到電源的輸出質(zhì)量，設(shè)備電源板的設(shè)計(jì)框如圖1所示?；鶐щ娫春蜕漕l電源輸入端直接連接在一起，兩個(gè)模塊并排在同一塊電路板上。經(jīng)測量和分析，發(fā)現(xiàn)基帶模塊通過電源連接線對基帶電源形成干擾，進(jìn)而影響到了電源輸入。因放置位置和布線的關(guān)系，電源模塊通過共用的電源輸入及空間輻射對射頻電源形成了嚴(yán)重干擾，導(dǎo)致射頻電源輸出質(zhì)量變差，最終輸出射頻信號相位噪聲惡化［3］，如圖2—3所示，近端相位噪聲和指標(biāo)最大惡化了10dB左右。(SPAN=1．1kHz，RBW=10Hz，10dB/div，指標(biāo)要求－，RBW=1kHz，10dB/div，指標(biāo)要求－)確定了干擾源和干擾通道，需要進(jìn)行相應(yīng)的處理;經(jīng)上述分析，解決此EMI問題的關(guān)鍵在于電源的處理，采取以下措施:(1)拉大基帶電源模塊和射頻電源模塊間的距離，減弱空間輻射的干擾，如圖4所示。(2)每個(gè)模塊的輸入端加PI型濾波電路，如圖5所示;圖6為PI型電路的S21曲線，可以看出對近端和遠(yuǎn)端的噪聲均有很好的抑制。(3)每個(gè)模塊的輸出端加電容進(jìn)行濾波處理，電容選擇ESR較好的貼片式鋁電解電容。經(jīng)處理后的電源板可以輸出高質(zhì)量的電源供射頻模塊使用，設(shè)備最終的輸出射頻信號相位噪聲高出指標(biāo)5dB，較原來有15dB的改善，如圖7—8所示。
3結(jié)語
隨著用戶對性能和使用的需求不斷提高，通信設(shè)備向著小型化、寬帶、低功耗等方向快速發(fā)展，隨之而來的EMI問題將會(huì)更加突出。通過實(shí)踐，有時(shí)采用一些簡單直接、費(fèi)用低廉的技術(shù)方法就可以解決問題。
［參考文獻(xiàn)］
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［2］葉惠貞，楊興洲．開關(guān)穩(wěn)壓電源［M］．北京:國防工業(yè)出版社，2007．
［3］賴祖武．電磁干擾防護(hù)與電磁兼容［M］．北京:原子能出版社，1999．
作者：朱小流 宋穎 單位：南京熊貓漢達(dá)科技有限公司