手机电磁兼容设计及EMI解决方案

手机电磁兼容设计及EMI解决方案,第1张

手机电磁兼容设计及EMI解决方案

  手机集成了超过20个频段的蜂窝网络、2个频段的WIFI、蓝牙NFCCPU、DDR、显示屏和摄像头的工作频率高达GHz。这些信号集成在小小的手机壳内部,既不互相干扰,也不干扰外面的设备,是很典型的电磁兼容设计的案例。

  以iPhoneX为例,除了硬件电路上添加大量的抗干扰的器件之外,外部把所有的能屏蔽的地方都屏蔽起来,不管是电路板还是排线还是摄像头都做了屏蔽处理。

  (实际上OPPO、小米、华为等国产品牌机也是这么做的,不然过不了EMC测试。山寨机和小品牌就做不到这么全面的防护了。)

  iPhoneX的部分防EMI措施

  抑制EMI干扰的几个典型措施,硬件工程师基础知识

  1,高速信号和射频信号,要加屏蔽措施

  像射频信号、CPU、DDR、HDMIMIPI这些几百兆到GHz的信号以及元器件,要用屏蔽盖盖起来。

  2,硬件原理设计,高速信号线增加抗EMI器件

  高速信号线,包括时钟,都应当设计EMI滤波器、共模滤波器、磁珠、RC滤波器等元器件,来预防EMI问题。有没有这些滤波器,也是区分山寨产品和品牌产品的一大特征。共模滤波器一颗要几毛钱人民币,并不便宜。

  3,硬件PCB设计,屏蔽高速信号、减小天线效应

  PCB走线上,要注意对高速信号的屏蔽。避免人为造成天线效应,把高速信号辐射出来,形成干扰源。

  ——本案例来源于深圳市阿赛姆科技有限公司(https://emc.asim-emc.com/)

  EMC寄语:随着时代的发展,越来越多的电子、电气设备或系统产品都需要进行检验检测,其中EMC测试是必备的检验检测指标之一。但EMC测试项目费用较贵,EMC实验室造价昂贵,绝大部分测量设备又需要采用进口设备,导致很少检验检测机构有能力建造EMC实验室。产品的EMC性能是设计阶段赋予的,一般电子产品设计时如果不考虑EMC因素,就会很容易导致EMC测试失败,以致不能通过相关EMC法规的测试或认证。例如,产品设计研发工程师们根据需求,设计出效果良好的滤波电路,置入产品I/O(输入/输出)接口的前级,可使因传导而进入系统的干扰噪声消除在电路系统的入口处;设计出隔离电路(如变压器隔离和光电隔离等)解决通过电源线、信号线和地线进入电路的传导干扰,同时阻止因公共阻抗、长线传输而引起的干扰;设计出能量吸收回路,从而减少电路、器件吸收的噪声能量;通过选择元器件和合理安排的电路系统,使干扰的影响减少。

  EMC技能:整改小技巧1、150kHz-1MHz,以差模为主,1MHz-5MHz,差模和共模共同起作用,5MHz 以后基本上是共模。差模干扰的分容性藕合和感性藕合。一般1MHz以上的干扰是共模,低频段是差摸干扰。用一个电阻串个电容后再并到Y电容的引脚上,用示波器测电阻两引脚的电压可以估测共模干扰。

  2、保险过后加差模电感或电阻。

  3、小功率电源可采用PI型滤波器处理(建议靠近变压器的电解电容可选用较大些)。

  4、前端的π型EMI零件中差模电感只负责低频EMI,体积别选太大(DR8太大,能用电阻型式或DR6更好)否则幅射不好过,必要时可串磁珠,因为高频会直接飞到前端不会跟着线走。

  5、传导冷机时在0.15MHz-1MHz超标,热机时就有7dB余量。主要原因是初级BULk电容DF值过大造成的,冷机时ESR比较大,热机时ESR比较小,开关电流在ESR上形成开关电压,它会压在一个电流LN线间流动,这就是差模干扰。解决办法是用ESR低的电解电容或者在两个电解电容之间加一个差模电感。6、测试150kHz总超标的解决方案:加大X电容看一下能不能下来,如果下来了说明是差模干扰。如果没有太大作用那么是共模干扰,或者把电源线在一个大磁环上绕几圈, 下来了说明是共模干扰。如果干扰曲线后面很好,就减小Y电容,看一下布板是否有问题,或者就在前面加磁环。

  7、可以加大PFC输入部分的单绕组电感的电感量。

  8、PWM线路中的元件将主频调到60kHz左右。

  9、用一块铜皮紧贴在变压器磁芯上。

  10、共模电感的两边感量不对称,有一边匝数少一匝也可引起传导150kHz-3MHz超标。

  11、一般传导的产生有两个主要的点:200kHz和20MHz左右,这几个点也体现了电路的性能;200kHz左右主要是漏感产生的尖刺;20MHz左右主要是电路开关的噪声。处理不好变压器会增加大量的辐射,加屏蔽都没用,辐射过不了。

  12、将输入BUCk电容改为低内阻的电容。

  13、对于无Y-CAP电源,绕制变压器时先绕初级,再绕辅助绕组并将辅助绕组密绕靠一边,后绕次级。

  14、将共模电感上并联一个几k到几十k电阻。

  15、将共模电感用铜箔屏蔽后接到大电容的地。

  16、在PCB设计时应将共模电感和变压器隔开一点以免互相干扰。

  17、保险套磁珠。

  18、三线输入的将两根进线接地的Y电容容量从2.2nF减小到471。

  19、对于有两级滤波的可将后级0.22uFX电容去掉(有时前后X电容会引起震荡) 。

  20、对于π型滤波电路有一个BUCk电容躺倒放在PCB上且靠近变压器此电容对传导150kHz-2MHz的L通道有干扰,改良方法是将此电容用铜泊包起来屏蔽接到地,或者用一块小的PCB将此电容与变压器和PCB隔开。或者将此电容立起来, 也可以用一个小电容代替。

  21、对于π型滤波电路有一个BUCk电容躺倒放在PCB上且靠近变压器此电容对传导150kHz-2MHz的L通道有干扰,改良方法是将此电容用一个1uF/400V或者说0.1uF/400V电容代替, 将另外一个电容加大。

  22、将共模电感前加一个小的几百uH差模电感。

  23、将开关管和散热器用一段铜箔包绕起来,并且铜箔两端短接在一起,再用一根铜线连接到地。

  24、将共模电感用一块铜皮包起来再连接到地。

  25、将开关管用金属套起来连接到地。

  26、加大X2电容只能解决150kHz左右的频段,不能解决20MHz以上的频段,只有在电源输入加以一级镍锌铁氧体黑色磁环,电感量约50uH-1mH。

  27、在输入端加大X电容。

  28、加大输入端共模电感。

  29、将辅助绕组供电二极管反接到地。

  30、将辅助绕组供电滤波电容改用瘦长型电解电容或者加大容量。

  31、加大输入端滤波电容。

  32、150kHz-300kHz和20MHz-30MHz这两处传导都不过,可在共模电路前加一个差模电路。也可以看看接地是否有问题,该接地的地方一定要加强接牢,主板上的地线一定要理顺,不同的地线之间走线一定要顺畅不要互相交错的。

  33、在整流桥上并电容,当考虑共模成分时,应该邻角并电容,当考虑差模成分时,应该对角并电容。

  34、加大输入端差模电感。

  2、产品电磁兼容骚扰源有:

  1、设备开关电源的开关回路:骚扰源主频几十kHz到百余kHz,高次谐波可延伸到数十MHz。

  2、设备直流电源的整流回路:工频线性电源工频整流噪声频率上限可延伸到数百kHz;开关电源高频整流噪声频率上限可延伸到数十MHz。

  3、电动设备直流电机的电刷噪声:噪声频率上限可延伸到数百MHz。

  4、电动设备交流电机的运行噪声:高次谐波可延伸到数十MHz。

  5、变频调速电路的骚扰发射:开关调速回路骚扰源频率从几十kHz到几十MHz。

  6、设备运行状态切换的开关噪声:由机械或电子开关动作产生的噪声频率上限可延伸到数百MHz。

  7、智能控制设备的晶振数字电路电磁骚扰:骚扰源主频几十kHz到几十MHz,高次谐波可延伸到数百MHz。

  8、微波设备的微波泄漏:骚扰源主频数GHz。

  9、电磁感应加热设备的电磁骚扰发射:骚扰源主频几十kHz,高次谐波可延伸到数十MHz。

  10电视电声接收设备的高频调谐回路的本振及其谐波:骚扰源主频数十MHz到数百MHz,高次谐波可延伸到数GHz。

  11、信息技术设备及各类自动控制设备的数字处理电路:骚扰源主频数十MHz到数百MHz(经内部倍频主频可达数GHz),高次谐波可延伸到十几GHz 。

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