電磁干擾(EMI)問題診斷步驟

電磁干擾的觀念與防制﹐在國內已逐漸受到重視。由于歐美各國多已實施電磁干擾的要求﹐加上數字產品的普遍使用﹐對電磁干擾的要求已是刻不容緩的事情。筆者由于工作作的關系﹐經常遇到許多產品已完成成品設計﹐因無法通過EMI測試﹐而使設計工程師花費許多時間和精力投入EMI的修改﹐由于屬于事后的補救﹐往往投入許多時間與金錢﹐甚而影響了產品上市的時機。

      很多初學者對于EMI設計都摸不著頭腦，其實我當初也是一樣，但是在做了幾次設計以后，也逐漸有了一些體會。

      首先，對于大腦里面一定要清楚一個概念--在高頻里面，自由空間的阻抗是377歐姆，對于一般的EMI中的空間輻射來說，是由于信號的回路到了可以和空間阻抗相比擬的地步，因而信號通過空間“輻射"出來。瞭解了這一點，要做的就是把信號回路的阻抗降下來。

      控制信號回路的阻抗，主要的辦法是縮短信號的長度，減少回路的面積，其次是採取合理的端接，控制回路的反射。其實控制信號回路的一個簡單的辦法就是對重點信號進行包地處理（在兩邊近的距離走地線，尤其是雙面板要特別注意，因為雙面微帶模型阻抗有150歐姆，和自由空間布相上下，而包地可以提供幾十歐姆的阻抗），請注意由于走線本身在高頻里面也是有阻抗的，所以好採用地平面或者地線多次接過孔到地平面。我很多的設計都是在採用包地以后，避免了時鐘信號的輻射超標。

      另外就是要避免信號穿越被分割的區域，很多工程師信號對地進行分割，但有時候又忘記了，把線布過了這些區域，結果造成信號回路繞過很大的區域，無形中增加了佈線長度。

      對于EMI傳導的部分，重點是要用好旁路電容和去藕電容。旁路電容（提供一條交流短路線）一定要以短的連線佈置在晶片電源管腳和地線（平面）上。去藕電容要放在電流需求變化大的地方，避免因為走線的阻抗（電感），讓雜訊從電源和地線上藕合出去。當然，合理串聯使用磁珠，可以“吸收"（轉換成熱能）這些雜訊。電感有時也可以用來濾除雜訊，但是請注意電感本身也是有頻率響應范圍的，而且封裝也決定其頻率響應……

      以上是一些基本的體會，對于EMI設計來說，需要你真正瞭解你自己的設計，什麼地方需要重點照顧，什麼地方出了問題會是什麼樣的現象，備選方案是什麼，都需要預先整理好。

      要解決產品上的EMI問題﹐若能在產品設計之初便加以考慮﹐則可以節省事后再投入許多時間與金錢。由于目前EMI Design-in的觀念并不是十分普遍﹐而且由于事先的規劃并不能保證其成品可以符合電磁干擾的測試在﹐所以如何正確的診斷EMI問題﹐對于設計工程師及EMI工程師是非常重要的。

      事實上﹐我們如果把EMI當做一種疾病﹐當然平時的預防保養是很重要的﹐而一旦有疾病則正確的診斷﹐才能得到快速的﹐沒有正確的診斷﹐找不到病癥的源頭﹐往往事倍功半而拖延費時。故在EMI的問題上﹐常常看到一個EMI有問題的產品﹐由于未能找到造成EMI問題的關鍵﹐花了許多時間﹐下了許多對策﹐卻始終無法解決﹐其中亦不乏專業的EMI工程師。以往談到EMI往往強調對策方法﹐甚而視許多對策秘決或絕招﹐然而沒有正確的診斷﹐而在產品上加了一大堆EMI抑制組件﹐其結果往往只會使EMI情況更糟。

      筆者起初接觸產品EMI對策修改時﹐會聽到資深EMI工程師說把所有EMI對策拿掉﹐就可以通過測試。初聽以為是句玩笑話﹐如今回想這是很寶貴的經驗談。而后亦聽到許多EMI工程師談到類似的經驗。本文中將舉出實際的例子﹐讓讀者更加了解EMI的對策觀念。

      一般提到如何解決EMI問題﹐大多說是case by case,當然從對策上而言﹐每一個產品的特性及電路板布線（layout)情況不同﹐故無法用幾套方法而解決所有EMI的問題﹐但是長久以來﹐我們一直想要把處理EMI問題并做適當的對策﹐另外也提供專業的EMI工程師一種參考方法。在此我們把電磁干擾與對策的一些心得經驗整理﹐希望能對讀者有些幫助。

     我們提出一套EMI診斷上的參考驟﹐希望用有系統的方式﹐快速的找出EMI的問題。我們并不淮備探討一些理論計算或公式推演﹐將從實務上說明。
     當一個產品無法通過EMI測試﹐首先就要有一個觀念﹐找出無法通過的問題點﹐此時千萬不能有主觀的念頭﹐要在那些地方下對策。常常有許多有經驗的EMI工程師﹐由于修改過許多相關產品﹐對于產品可能造成EMI問題的地方也非常了解﹐而習慣直接就下藥方﹐當然一般皆可能非常有效﹐但是偶而也會遇到很難修改下來﹐后發現問題的關鍵都是起行認為不可能的地方﹐之所以會種疏失﹐就是由于太主觀了。因此﹐不論產品特性熟不熟﹐我們都要逐一再確認一次﹐甚而多次確認。這是因為造成EMI的問題往往是錯綜復雜﹐并非單一點所造成。故反復的做確認及診斷是非常重要的。

      我們將初步的診斷步驟詳列于下﹐并加以說明其關鍵點﹐這些步驟看來似乎非常平凡簡單﹐不像介紹對策方法各種理論秘籍絕招層出不窮﹐變化奧妙。其實﹐許多資深EMI工程師在其對策處理時﹐大部份的時間都在重復這些步驟與判斷。筆者要再次強調﹐只有真正找到造成EMI問題的關鍵﹐才是解決EMI的佳途徑﹐若僅憑理論推測或經驗判斷﹐有時反而會花費更多的時間和精力。