回路面积和EMI的关系_中为电子科技工作室

开关电源的纹波和噪声(图)开关电源（包括AC/DC转换器、DC/DC转换器、AC/DC模块和DC/DC模块）与线性电源相比较，最突出的优点是转换效率高，一般可达80%～85%，高的可达90%～97%；其次，开关电源采用高频变压器替代了笨重的工频变压器，不仅重量减轻，体积也减小了，因此应用范围越来越广。

但开关电源的缺点是由于其开关管工作于高频开关状态，输出的纹波和噪声电压较大，一般为输出电压的1%左右（低的为输出电压的0.5%左右），最好产品的纹波和噪声电压也有几十mV；而线性电源的调整管工作于线性状态，无纹波电压，输出的噪声电压也较小，其单位是μV。

本文简单地介绍开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法、测量装置、测量标准及减小纹波和噪声的措施。

纹波和噪声产生的原因开关电源输出的不是纯正的直流电压，里面有些交流成分，这就是纹波和噪声造成的。

纹波是输出直流电压的波动，与开关电源的开关动作有关。

每一个开、关过程，电能从输入端被“泵到”输出端，形成一个充电和放电的过程，从而造成输出电压的波动，波动频率与开关的频率相同。

纹波电压是纹波的波峰与波谷之间的峰峰值，其大小与开关电源的输入电容和输出电容的容量及品质有关。

噪声的产生原因有两种，一种是开关电源自身产生的；另一种是外界电磁场的干扰（EMI），它能通过辐射进入开关电源或者通过电源线输入开关电源。

开关电源自身产生的噪声是一种高频的脉冲串，由发生在开关导通与截止瞬间产生的尖脉冲所造成，也称为开关噪声。

噪声脉冲串的频率比开关频率高得多，噪声电压是其峰峰值。

噪声电压的振幅很大程度上与开关电源的拓扑、电路中的寄生状态及PCB的设计有关。

利用示波器可以看到纹波和噪声的波形，如图1所示。

纹波的频率与开关管频率相同，而噪声的频率是开关管的两倍。

纹波电压的峰峰值和噪声电压的峰峰值之和就是纹波和噪声电压，其单位是mVp-p。

图1 纹波和噪声的波形纹波和噪声的测量方法纹波和噪声电压是开关电源的主要性能参数之一，因此如何精准测量是一个十分重要问题。

EMI产生机理及解密2015-03-17电子工程专辑电磁干扰 EMIElectromagneticInterference），有两种：传导干扰和辐射干扰。

传导干扰主要是电子设备产生的干扰信号是通过导线或公共电源线进行传输，互相产生干扰。

进一步细分，传导干扰又分共模干扰和差模干扰这里说一下EMI的传播过程这个是说EMI的传播过程，干扰源－干扰途径－接收器。

干扰源可以理解成你的设备发现来的干扰，经过的传染途径，对于电源来说，一般只能从两方面下手，减少干扰源，或切断干扰途径，最后一个一般不用管。

我们先来看看一个图，先把几个不同波形进行FFT，看看他的高次谐波是怎么分布的。

我们再来看两个斜率不一样的，研究是怎么样的，有很多工程师只知道斜率不一样，快的EMI会差，却不知为什么会差。

看了这图你就清楚了。

可以用防真用FFT去看到的。

后面会说到三角波和其它波形的对比。

再来一个，A：有严重振荡的方波，如MOS或二极管B，是经过吸收了的波形。

做FFT看看，可以看到在振荡频率（大概30M）之后，A波形的谐波，要大于B波形。

我们再来看看耦合机理，可见辐射分为电场与磁场，再细分又是近场与远场耦合为分传导与辐射。

产生电场干扰的基本原因，是带电物体的电荷在重新进行分布，即，分布电容在不断进行充放电；产生磁场干扰的基本原因，是流过导体中的电流大小和方向在不断改变，即，分布电感产生的磁通大小和方向在不断变化。

现在来说一下电场干扰原理：先看个图位移电流I等于电场强度E乘以迁移率m，即：I = E×m由于感应导体中的电场强度每处都不一样，所以导体中位移电流大小每处都不一样。

当带电体的极性或电场方向改变时，被感应的导体中就会产生位移电流。

所以位移电流也称极化电流。

当导体的长度正好等于四分之一波长的整数倍时，就会产生谐振，同时会产生很强的电磁辐射。

我们再继续：e1、e2、e3、e4为磁场对回路感应产生的差模干扰信号。

e5、e6、e7、e8为磁场对地回路感应产生的共模干扰信号。

PCB中EMI产生的原因及影响在PCB中，会产生EMI的原因很多，例如：射频电流、共模准位、接地回路、阻抗不匹配、磁通量……等。

为了掌握EMI，我们需要逐步理解这些原因和它们的影响。

虽然，我们可以直接从电磁理论中，学到造成EMI现象的数学根据，但是，这是一条很辛苦、很漫长的道路。

对一般工程师而言，简单而清楚的描述更是重要。

本文将探讨，在PCB上「电的来源」、Maxwell方程式的应用、磁通量最小化的概念。

电的来源与磁的来源相反，电的来源是以时变的电双极（electric dipole）来建立模型。

这表示有两个分开的、极性相反的、时变的点电荷（point charges）互为相邻。

双极的两端包含着电荷的变化。

此电荷的变化，是因为电流在双极的全部长度内，不断地流动而造成的。

利用振荡器输出讯号去驱动一个没有终端的（unterminated）天线，此种电路是可以用来代表电的来源。

但是，此电路无法套用低频的电路原理来做解释。

不考虑此电路中的讯号之有限传播速度（这是依据非磁性材料的介电常数而定），反正射频电流会在此电路产生。

这是因为传播速度是有限的，不是无限的。

此假设是：导线在所有点上，都包含相同的电压，并且此电路在任何一点上，瞬间都是均衡的。

这种电的来源所产生的电磁场，是四个变量的函数：1. 回路中的电流振幅：电磁场和在双极中流动的电流量成正比。

2. 双极的极性和测量装置的关系：与磁来源一样，双极的极性必须和测量装置的天线之极性相同。

3. 双极的大小：电磁场和电流组件的长度成正比，不过，其走线长度必须只有波长的部份大。

双极越大，在天线端所测量到的频率就越低。

对特定的大小而言，此天线会在特定的频率下共振。

4. 距离：电场和磁场彼此相关。

两者的强度和距离成正比。

在远场（far field），其行为和回路源（磁的来源）类似，会出现一个电磁平面波。

当靠近「点源（point source）」时，电场和磁场与距离的相依性增加。

电磁兼容整改措施概述及解释说明1. 引言1.1 概述电磁兼容（Electromagnetic Compatibility，简称EMC）是指在复杂电磁环境下，各种电子设备和系统能够正常工作，并且不会对周围环境和其他设备产生不可接受的干扰。

随着科技的快速发展和广泛应用，电磁兼容性问题日益突出，给人们的日常生活、工业生产以及航空航天等领域带来了许多挑战。

1.2 文章结构本文主要分为五个部分。

首先，在引言中将介绍电磁兼容整改措施的概述以及文章的结构；其次，在第二部分中阐述了电磁兼容整改措施的解释说明，包括对电磁兼容概念进行解释、分析电磁干扰问题产生原因以及为何需要采取整改措施；第三部分将对电磁兼容整改措施进行分类和方法论述，涉及线缆布置与屏蔽处理相关措施、地线设计和接地处理相关措施以及EMI滤波器和抑制器的应用措施；第四部分将通过具体案例，提供电磁兼容整改措施的实施细节和分析；最后，在结论部分总结了电磁兼容整改的重要性、整改措施实施对产品或系统绩效的影响以及未来发展趋势和挑战。

1.3 目的本文的目的是介绍和解释电磁兼容整改措施的基本概念与原理，为读者提供一种了解和应用这些措施的方法。

通过深入理解电磁兼容整改问题，读者可以有效地识别和解决相关问题，并采取相应的措施来确保设备和系统在复杂电磁环境中的正常运行。

2. 电磁兼容整改措施解释说明:2.1 电磁兼容概念解释电磁兼容指的是在电子设备或系统中，各种不同的电子设备能够在不产生互相干扰或受到外界干扰的情况下协同工作的能力。

在现代科技发展中，电子设备越来越复杂，频谱资源日益紧张，因此保持良好的电磁兼容性显得尤为重要。

2.2 电磁干扰问题分析在电子设备中，存在着各种类型的电磁场，包括辐射、传导和导耦等。

这些电磁场可能会对其他附近的设备或系统造成干扰，导致无法正常工作或降低性能。

例如，在无线通信系统中，如果存在强大的脉冲噪声源，则可能会引起接收器敏感度下降或信号质量恶化。

新能源汽车功率电子电路中的EMI与EMC问题分析随着环保意识的不断提高和能源资源的日益紧缺，新能源汽车作为未来交通发展的重要方向，备受关注。

然而，在新能源汽车的发展过程中，功率电子电路中的电磁干扰（EMI）和电磁兼容性（EMC）问题成为制约其发展的重要因素。

本文旨在分析新能源汽车功率电子电路中的EMI与EMC问题，并探讨相关解决方案。

一、EMI问题分析EMI是指电子设备或系统中电磁能量通过电磁场的辐射或传导而对其他设备或系统产生干扰的现象。

在新能源汽车中，由于电动机、电池等高功率设备的使用，功率电子器件在工作过程中会产生频繁而强烈的电磁辐射，进而对车内及周围的电子设备系统造成干扰。

1. 导线束设计新能源汽车中，导线束是电子电路的重要组成部分，也是EMI问题的重要来源之一。

为降低EMI产生的影响，需从以下几个方面进行导线束设计：（1）导线束的屏蔽：通过选择具有屏蔽效果的导线材料，或在导线束附近设置金属屏蔽罩等，可有效地减少EMI的发生。

（2）导线的布局：合理安排导线的走向、距离及交叉方式，减少导线束之间的电磁耦合，降低EMI的干扰。

（3）导线的绝缘：选择具有良好绝缘性能的材料进行绝缘处理，避免电磁波的辐射和传导。

2. 滤波器设计滤波器是抑制EMI的重要手段之一。

在新能源汽车的功率电子电路中，需采用合适的滤波器对电流和电压进行滤波处理，降低EMI的产生。

（1）LC滤波器：通过LC滤波器对电流进行滤波，减少电流谐波的产生和传播，降低EMI的干扰。

（2）RC滤波器：通过RC滤波器对电压进行滤波，减少电压谐波的产生和传播，降低EMI的干扰。

3. 接地设计合理的接地设计对EMI的抑制至关重要。

在新能源汽车的功率电子电路中，需要注意以下几个方面的接地设计：（1）设备接地：各个电子设备的接地要分别独立地进行设计，避免共地产生的干扰。

（2）信号接地：信号引脚的接地应采用专用接地线，减少信号线上的电磁波传导。

二、EMC问题分析EMC是指电子设备或系统在电磁环境中，能以预期的性能要求继续正常工作，同时自身不对环境中的其他设备或系统产生干扰的能力。

电源y电容、emi及漏电流之间的三角关
系
电源y电容、EMI及漏电流之间的三角关系
在电子设备中，电源y电容、EMI及漏电流之间存在着一种三角关系。

这三个因素之间的相互作用会对设备的性能和安全性产生重要影响。

电源y电容是电子设备中非常重要的组成部分。

电源y电容可以存储电荷并在需要时释放电荷，以保持设备的稳定性。

在电子设备中，电源y电容的大小和类型会影响设备的性能和功耗。

如果电源y电容的容量过小，设备可能会出现电压波动或不稳定的情况。

而如果电源y电容的容量过大，设备的功耗会增加，从而影响设备的效率。

EMI是电子设备中的一个常见问题。

EMI是指电磁干扰，它会影响设备的性能和稳定性。

EMI可以通过电源y电容来减少。

电源y电容可以作为一个滤波器，过滤掉电源中的高频噪声，从而减少EMI 的影响。

因此，在设计电子设备时，需要考虑电源y电容的大小和类型，以减少EMI的影响。

漏电流是电子设备中的另一个重要问题。

漏电流是指电流从设备中流出，而不是流回电源。

漏电流可能会导致设备的故障或安全问题。

电源y电容可以通过减少漏电流来提高设备的安全性。

电源y电容可以作为一个隔离器，隔离设备和电源之间的电流，从而减少漏电
流的影响。

电源y电容、EMI及漏电流之间存在着一种三角关系。

在设计电子设备时，需要考虑这三个因素之间的相互作用，以保证设备的性能和安全性。

电源y电容可以作为一个重要的组成部分，来减少EMI 和漏电流的影响，从而提高设备的稳定性和安全性。

信号完整性之地弹E-mial：zhongweidianzikeji@ QQ：2970904654版本号日期更改描述更改人1.0 2013-10-9 第一次撰稿 eco在《和信号完整性有关的几个概念》中我们已经简单介绍了“地弹”这厮。

再次重申加强记忆，所谓“地弹”是指芯片内部“地”电位相对电路板“地”电位的电位差。

也就是说如果这两点存在电位差就存在地弹。

例如，以电路板的地平面（GND PLANE）为参考面，如果芯片内部“地电位”不为0说明有地弹干扰。

为什么会产生这个“电位差”？为什么会产生“地弹”？“地弹”主要是寄生电感引起的，这个寄生电感包含：器件引脚电感、布线时的走线电感和过孔电感，甚至还有地平面电感。

地弹是频率的函数（更准确的说是和di/dt有关），频率的增高会使地弹干扰明显，甚至影响数字逻辑。

如图1所示，U1为驱动端，U2、U3为接收端。

首先我们只考虑驱动端，假设在A点有一个高速、高频的方波信号，该信号上升时间Tr很短，U1的输入电阻为Ri。

当A点信号由0变成1时，A点的输入电压迅速增高，根据欧姆定律可知输入电流也迅速增大，即di/dt较大，所以L1两端的电压UL1=L1（di/dt）同样会产生一个较大的电压，所以B点的输出电压一定会大于0（其实不论低速、高速电路中B点输出的低电平都会大于0，因为晶体管饱和导通时是有压降的），它有可能是0.5V、0.7V，甚至更高。

在 3.3V LVCMOS逻辑中，Vcc：3.3V VOH>=3.2V VOL<=0.1V VIH>=2.0VVIL<=0.7V。

由此可见，当把这个危险的B点信号传给下一级时，该信号电平可能落在接收端的不定区，甚至直接误认为是高电平。

图1接下来让我们从接收端来理解地弹，依旧图1所示，假设A点输入低电平，那么B点输出高电平，此时接收端的寄生电容C1、C2被充电，当A点输入高电平时，B点输出低电平，接收端的寄生电容开始向U1放电，放电电流为，有了这个放电电流那么会在U1的L1处产生一个压降，其电压为。

EMI问题的三规律和三要素EMC问题三规律和三要素EMC（ElectromagneTIcCompatibility）即电磁兼容。

它是研究电磁干扰的一门技术。

电磁干扰是我们周边电磁能量使电子设备的运行产生不应有的响应。

EMC的技术目的在于使电气装置或系统在共同的电磁环境条件下，既不受电磁环境的影响，也不会给环境以干扰。

下面我们认识以下EMC领域的三个重要规律和EMC问题三个要素：一、EMC三个重要规律规律一、EMC费效比关系规律：EMC问题越早考虑、越早解决，费用越小、效果越好。

在新产品研发阶段就进行EMC设计，比等到产品EMC测试不合格才进行改进，费用可以大大节省，效率可以大大提高；反之，效率就会大大降低，费用就会大大增加。

经验告诉我们，在功能设计的同时进行EMC设计，到样板、样机完成则通过EMC测试，是最省时间和最有经济效益的。

相反，产品研发阶段不考虑EMC，投产以后发现EMC不合格才进行改进，非但技术上带来很大难度、而且返工必然带来费用和时间的大大浪费，甚至由于涉及到结构设计、PCB设计的缺陷，无法实施改进措施，导致产品不能上市。

规律二、高频电流环路面积S越大，EMI辐射越严重。

高频信号电流流经电感最小路径。

当频率较高时，一般走线电抗大于电阻，连线对高频信号就是电感，串联电感引起辐射。

电磁辐射大多是EUT 被测设备上的高频电流环路产生的，最恶劣的情况就是开路之天线形式。

对应处理方法就是减少、减短连线，减小高频电流回路面积，尽量消除任何非正常工作需要的天线，如不连续的布线或有天线效应之元器件过长的插脚。

减少辐射骚扰或提高射频辐射抗干扰能力的最重要任务之一，就是想方设法减小高频电流环路面积S。

规律三、环路电流频率f越高，引起的EMI辐射越严重，电磁辐射场强随电流频率f的平方成正比增大。

减少辐射骚扰或提高射频辐射抗干扰能力的最重要途径之二，就是想方设法减小骚扰源高频电流频率f，即减小骚扰电磁波的频率f。

板级设计中控制共模辐射EMI的主要步骤2006-04-16 10:04:01 [点击次数：5380]电磁干扰(EMI)指电路板发出的杂散能量或外部进入电路板的杂散能量，它包括：传导型(低频)EMI、辐射型(高频)EMI、ESD(静电放电)或雷电引起的EMI。

传导型和辐射型EMI具有差模和共模表现形式。

在处理各种形式的EMI时，必须具体问题具体分析。

对于ESD和雷电引起的EMI，必须利用EMI 抑制器件在ESD和雷电进入系统之前予以消除，防止由此导致的系统工作异常或损坏。

对传导型或低频EMI，不论是接收还是发送，都要在电源线上和电路板输入/输出口的传输线路上采取滤波措施。

辐射型EMI的抑制有3种基本形式：电子滤波、机械屏蔽和干扰源抑制。

在所有EMI形式中，辐射型EMI最难控制，因为辐射型EMI的频率范围为30MHz到几个GHz，在这个频率段上，能量的波长很短，电路板上即使非常短的布线都能成为发射天线。

此外，在这个频段电路的电感增大，可能导致噪声增加。

EMI较高时,电路容易丧失正常的功能。

尽管辐射型EMI的控制和屏蔽可以通过机械屏蔽技术、电子滤波或干扰源抑制，且电子滤波和机械屏蔽技术对EMI抑制很有效，在实践中也很常用，但这两种方法通常是控制辐射型EMI的第二道防线。

由于需要附加器件和增加安装时间，电子滤波技术成本较高。

另外，用户常常打开设备的屏蔽门，或取下背板以方便内部器件或PC板的维护，所以，机械屏蔽技术常常形同虚设。

因此，控制EMI的主要途径是减少辐射源的能量并且控制电路板上电压电流产生的电磁场的大小。

大部分电路都安装在电路板范围内，因此通过对电路板级的精心设计可以控制电感、电容、瞬态电压和电流路径，从而控制电磁场的大小。

由于电感、电容、瞬态电压和电流路径等因素对EMI的影响不同，本文将集中讨论板级设计中控制共模辐射EMI的主要步骤。

为了更好的理解本文提出的方法，首先要说明一些关于EMI和电路功能的重要概念。

EMIEMC小知识： EMI Electro Magnet Interfer 电磁干扰共模电感( Common mode Choke 也叫共模扼流圈，常用于电脑的开关电源中过滤共模的电磁干扰信号。

板卡设计中，共模电感也是起EMI 滤波的作用，用于抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射。

计算机内部的主板上混合了各种高频电路、数字电路和模拟电路，工作时会产生大量高频电磁波互相干扰，这就是 EMI EMI 还会通过主板布线或外接线缆向外发射，造成电磁辐射污染，不但影响其他电子设备正常工作，还对人体有害。

PC 板卡上的芯片在工作过程中既是一个电磁干扰对象，也是一个电磁干扰源。

总的来说，可以把这些电磁干扰分成两类：串模干扰( 差模干扰 ) 与共模干扰 ( 接地干扰 ) 以主板上的两条 PCB 走线 ( 连接主板各元件的导线) 为例，所谓串模干扰，指的两条走线之间的干扰；而共模干扰则是两条走线和 PCB 地线之间的电位差引起的干扰。

串模干扰电流作用于两条信号线间，其传导方向与波形和信号电流一致；共模干扰电流作用在信号线路和地线之间，干扰电流在两条信号线上各流过二分之一且同向，并以地线为公共回路 .如果板卡产生的共模电流不经过衰减过滤 ( 尤其是像 USB 和 IEEE 1394 接口这种高速接口走线上的共模电流 ) 那么共模干扰电流就很容易通过接口数据线产生电磁辐射—线缆中因共模电流而产生的共模辐射。

美国FCC 国际无线电干扰特别委员会的CISPR22 以及我国的GB9254 等标准规范等都对信息技术设备通信端口的共模传导干扰和辐射发射有相关的限制要求。

为了消除信号线上输入的干扰信号及感应的各种干扰，必须合理安排滤波电路来过滤共模和串模的干扰，共模电感就是滤波电路中的一个组成部分。

共模电感实质上是一个双向滤波器：一方面要滤除信号线上共模电磁干扰，另一方面又要抑制本身不向外发出电磁干扰，避免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。