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

　　手机集成了超过20个频段的蜂窝网络、2个频段的WIFI、蓝牙、NFC。CPU、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、HDMI、MIPI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及数字电路电磁骚扰：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 。