十年资深硬件工程师总结：EMC整改通用流程及一些整改建议
十年资深硬件工程师总结：EMC整改通用流程及一些整改建议
EMC（电磁兼容性）测试是产品安全认证的重要环节，主要评估产品的电磁干扰和抗干扰能力。在产品开发过程中，如何高效地进行EMC整改是一个关键问题。本文将从EMC测试的基本构成出发，详细介绍整改流程和具体建议。
EMC测试项目构成
EMC主要包含两大项：EMI（干扰）和EMS（抗干扰和敏感度）。这两大项中又包括许多小项目，如下图：
通过这些测试项目，可以看出EMC测试主要围绕产品的电磁干扰和敏感度两部分。当产品不符合安全认证标准需要整改时，可以通过分析其材料和零部件来进行。
EMC整改流程与建议
整改准备阶段
在拿到整改意见书后，需要提前定位好整改计划。首先需要内部及和测试方沟通相关信息，如验收的标准、摸底的报告、PCB图等信息。这是因为不同行业和等级的标准差异很大，例如车载行业的五等级和二等级就有很大差别。
整改实施阶段
定位手段主要可以分为两点：
- 经验判断：需要完全根据工程师的经验结合数据及测试情况来进行判断；
- 比较测试：根据再次测试仪器所提供的数据来进行分析问题。
具体整改方法
- 电容的滤波作用
即频率f越大，电容的阻抗Z越小。当低频时，电容C由于阻抗Z比较大，有用信号可以顺利通过；当高频时，电容C由于阻抗Z已经很小了，相当于把高频噪声短路到GND上去了。
- 电容滤波失效分析
以常见的表贴式MLCC陶瓷电容为例，进行等效模型分析。容值10nF，封装0603的X7R陶瓷的模型参数如下：
由于等效模型中既有电容C，也有电感L，组成了二阶系统，就存在不稳定性。对电路回路来说，就是会发生谐振，谐振点在如下频率处：
- LC滤波的应用
单独一个电容C是一阶系统，单独一个电感L也是一阶系统，在幅值衰减斜率是-20dB。但LC组成的二阶系统，幅值衰减斜率是-40dB，更靠近理想的“立陡”的截止频率的效果，即滤波效果更好。
- PWM信号处理
对于PWM信号来说，脉冲周期和频率是关键参数。例如，20kHz的PWM信号，其脉冲周期是50us。阶跃信号的上升时间tr无穷小，则频率f无穷大。当频率高了之后，寄生参数则不能忽略，会引发很多谐振的问题。
- 原理图与PCB对应
在实际设计中，原理图和PCB往往由不同团队负责。例如，在原理图上有如下的电路：
需要注意的是，V1的负极和C1的负极之间有一条Trace（PCB走线）。如果EMC出现问题，除了要在原理图上查找电路参数的问题，还需要特别关注回流路径是否顺畅。
总结
- 电容滤波：整改时最常见的元器件就是电容了。当然如果干扰来自差模信号，那电容就化身成差模电容；如果干扰来自共模信号，那么电容就化身成共模电容。
- 电容会谐振：整改时需要注意电容的引线尽量短，避免谐振，且需要注意电容的另外一端的回流路径。
- LC滤波：当遇到CE的问题，在电源端增加铝电解电容已经没效果时，可考虑加入LC进行滤波。
- PWM：在有PWM信号的系统里，需要关注PWM信号波形的上升沿，是否有过冲，过冲是否振荡过多才回到稳态等。比如H桥驱动直流有刷电机，可在MOSFET的栅极串联电阻，用于阻尼的作用，减缓PWM上升沿。
- 回流路径：两层板以上的PCB，一般有专门的GND层，即GND层是比较完整的一层，回流路径是比较清晰的。现实往往是骨感的，没有完整的GND层，需要在复杂的走线中想象回流路径是如何的，这是个需要想象力的工作。