电路设计EMI问题分析

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摘要:电磁干扰问题是现代通信装备长期存在的顽疾，主要有辐射和传导两种方式产生。分析干扰问题需要从干扰源、耦合通道和敏感体3个方面考虑:准确地分析判断干扰源、合理有效地切断耦合通道和正确有效地保护敏感体。这是解决EMI问题的有效方法。文章主要介绍了一种典型的电磁干扰，并结合实例给出了相应的低成本解决方法。

关键词:电磁干扰;EMI;电路设计

引言

随着技术的发展，通信设备逐渐向高速率、大带宽、低功耗和小型化等方向发展，这种趋势导致了系统电磁兼容设计难度越来越大，成为急待解决的技术难题和系统工程。电磁干扰(ElectromagneticInterference，emi)方式主要有传导和辐射两种，包括干扰源、耦合通道和敏感体3个要素，EMI的设计一般从这3个方面进行着手。本文通过一个简单实例对电路中的EMI问题进行探讨。

1EMI产生

面对通信设备的高速率、大带宽、低功耗和小型化发展趋势，设计人员必须选用高集成度、高处理速率的元器件，来帮助满足客户需求。此类器件需要使用高速时钟(CLK)、高速数据(DATA)信号及其他大量的数字信号一起协同完成对用户信息的处理，这样势必会产生大量的高次谐波分量，严重时还会引发大量的交调分量。这些高次谐波信号的严重性在于其会对设备中的其他部件如射频部件、电源部件，甚至对地电平产生较大的干扰，从而导致模拟信号质量变差、基准源恶化，严重时可能会导致系统无法正常工作［1］。本文所举例的通信设备采用了集中电源管理方案，数字基带部件的电源电路和射频部件的电源电路分布于同一块电路板，电源模块的设计不当往往导致各种各样的干扰，给设备的整体性能带来严重影响。本文所举例的通信设备选用了大量的开关电源来降低功耗，提升电源利用效率。当几个开关电源紧靠在一块工作时，相互间也容易产生影响，导致输出电源叠加大量的多频纹波和噪声，并且很难通过电感和电容等手段进行处理。同时，开关电源的输出一旦被多种高频信号干扰后，就会导致其输入端产生大量的电源噪声，从而影响其他电源模块的输出电源质量，特别是射频电源，严重时会导致射频信号的相噪指标恶化5～10dB。

2EMI处理

本文所举例的通信设备在研制过程中曾经遇到过严重的EMI问题，数字电路产生了大量的高频辐射，通过电源模块串扰，导致了射频输出信号的相噪指标严重恶化。下面针对这个EMI问题进行分析，并给出解决措施［2］。设备包含基带模块、射频模块及电源模块，统一安装在体积为24cm×30cm×15cm的机箱内。基带模块工作时产生了最高300MHz的一系列高频干扰信号，严重影响到电源的输出质量，设备电源板的设计框如图1所示。基带电源和射频电源输入端直接连接在一起，两个模块并排在同一块电路板上。经测量和分析，发现基带模块通过电源连接线对基带电源形成干扰，进而影响到了电源输入。因放置位置和布线的关系，电源模块通过共用的电源输入及空间辐射对射频电源形成了严重干扰，导致射频电源输出质量变差，最终输出射频信号相位噪声恶化［3］，如图2—3所示，近端相位噪声和指标最大恶化了10dB左右。(SPAN=1．1kHz，RBW=10Hz，10dB/div，指标要求－，RBW=1kHz，10dB/div，指标要求－)确定了干扰源和干扰通道，需要进行相应的处理;经上述分析，解决此EMI问题的关键在于电源的处理，采取以下措施:(1)拉大基带电源模块和射频电源模块间的距离，减弱空间辐射的干扰，如图4所示。(2)每个模块的输入端加PI型滤波电路，如图5所示;图6为PI型电路的S21曲线，可以看出对近端和远端的噪声均有很好的抑制。(3)每个模块的输出端加电容进行滤波处理，电容选择ESR较好的贴片式铝电解电容。经处理后的电源板可以输出高质量的电源供射频模块使用，设备最终的输出射频信号相位噪声高出指标5dB，较原来有15dB的改善，如图7—8所示。

3结语

随着用户对性能和使用的需求不断提高，通信设备向着小型化、宽带、低功耗等方向快速发展，随之而来的EMI问题将会更加突出。通过实践，有时采用一些简单直接、费用低廉的技术方法就可以解决问题。

［参考文献］

［1］白云山，吕晓德．电磁兼容性设计［M］．北京:北京邮电大学出版社，2001．

［2］叶惠贞，杨兴洲．开关稳压电源［M］．北京:国防工业出版社，2007．

［3］赖祖武．电磁干扰防护与电磁兼容［M］．北京:原子能出版社，1999．

作者：朱小流 宋颖 单位：南京熊猫汉达科技有限公司