资深工程师教你如何优化设计来减少RE超标

电磁辐射（有时简称EMR）的形式为在真空中或物质中的自传播波。电磁辐射有一个电场和磁场分量的振荡，分别在两个相互垂直的方向传播能量。电磁辐射波的频率或波长分为不同类型，主要包括（按序增加频率）：无线电波、微波、太赫兹辐射、红外辐射、可见光、紫外线、X射线和伽玛射线等。其中，无线电波的波长最长而伽马射线的波长最短。除X射线和伽玛射线之外的电磁辐射都具有较弱电离能力，即非电离辐射。

电磁辐射所衍生的能量，取决于频率的高低：频率愈高，能量愈大。频率极高的X光和伽玛射线可产生较大的能量，能够破坏合成人体组织的分子。事实上，X光和伽玛射线的能量之巨，足以令原子和分子电离化，故被列为“电离”辐射。这两种射线虽具医学用途，但照射过量将会损害健康。X光和伽玛射线所产生的电磁能量，有别于射频发射装置所产生的电磁能量。射频装置的电磁能量属于频谱中频率较低的那一端，不会电离物质，而会改变分子或原子之旋转，振动或价层电子轨态，故被列为“非电离”辐射。

那么哪里会有电磁辐射呢？其实人体内外均布满由天然和人造辐射源所发出的电能量和磁能量。

自然电磁辐射源：

(1) 雷电

(2) 太阳黑子活动

(3) 宇宙射线

(4) 太阳风暴等

人为电磁辐射源：

(1) 电脑、电视、音响、微波炉、电冰箱等家用电器；

(2) 手机、传真机、通讯站等通讯设备；

(3) 高压电线以及电动机、电机设备等；

(4) 飞机、电气铁路等；

(5) 广播、电视发射台、手机发射基站、雷达系统等；

(6) 电力产业的机房、卫星地面工作站、调度指挥中心等；

(7) 应用微波和X射线等的医疗设备等；

自然界的电磁辐射源，很难人为的影响，但是日常的电子产品，我们可以通过优化设计，预处理等办法，将电磁辐射值控制在安全范围内。

电子电气设备的电磁辐射发射（RE）是产品“3C认证”测试项目的重要内容之一。RE测试频率通常为30MHz~1GHz，在半电波暗室中进行。当设备的电磁辐射发射量超过相关电磁兼容标准规定的限值后，如何正确判断超标的原因和应当采取何种应对之策是工程师们十分关注的问题，那么到底要怎样来判断超标的原因呢？

首先，定位—没有定位过程的优化就像无头苍蝇一样到处乱撞，有时候即使问题搞定了，工程师们也不知道哪些优化措施是必须的，哪些是多余的（带来附加成本）；

定位有两种手段：一种是直觉判断，需要完全依靠工程师积累的EMC经验来判断，另一种是比较测试，依靠测试仪器和EMC经验的结合来对问题进行详细的定位判断。以下几种RE超标定位流程小编得之不易，希望能够辅助设计者更加准确的找到RE超标的源头所在。
 

找到了原因，下一步就是确定应对之策。常用的措施：减小高频信号频率、减小高频电流回路面积、减小共阻抗藕合或感应藕合、选用低速、低辐射器件、选用屏蔽机箱、屏蔽电缆和I/O滤波器等。

设计优化：

1、方案结构设计：主要部件、集成电路的选型主要考虑减少辐射骚扰或提高射频辐射抗干扰能力，尽量选用本身发射小的芯片；所选器件不工作在非线性区，以免产生谐波分量成为干扰源；考虑电源电路防外部骚扰包括浪涌、快速脉冲群、静电、电压跌落、电压变化等；使数字信号波形产生过冲，应使无用的谐波振荡幅度最小，使无用的高次谐波成分最少；集总参数电路增加阻尼、减小Q 值，防止振荡。

2、PCB的设计：尽量减小所有的高速信号及时钟信号线构成的环路面积，连接线要尽可能短，并使信号线紧邻地回路；使用小型化器件和多层线路板，多层印制板可紧缩布线空间；印制板层数选择应考虑关键信号的屏蔽和隔离要求；印制板分层原理与布置印刷电路、布置排线的原理一样，即元件面下面为地平面，关键电源平面与其对应的地平面相邻；布线设计考虑的顺序为：电源和地/时钟线/信号线，布线应该短、直、粗、均，不应有“之”字形，用圆角代替尖锐走线，尽可能加宽电源和地的布线，电源和地层的分割尽量符合微带线和带状线要求；走线尽可能远离骚扰源，布线考虑铁氧体材料的使用，预留磁珠和贴片滤波器的位置，以备按需加减。

3、电与接地、高速信号线路及内部线缆的设计：芯片间使用低阻抗地连接(地平面）， 不同芯片供电脚间阻抗尽量小，芯片供电脚与地间接高频旁路电容，供电布线预留磁珠和贴片滤波器的位置，以备按需加减；布线、I/O 排线的核心原则就是减小电流环面积，布置排线的原理与印制板分层原理一样； 关键电源线与其对应的地线相邻，其余的信号层特别是高速信号、时钟信号线与地线相邻，尽量避免两信号线相邻；为避免接地线长度过长，可采用多点就近接地，接地线高频阻抗要小；减小电缆的天线效应及减小偶极子天线效应，跨线、I/O  排线采用屏蔽性能好的线缆；I/O  接口注意高速电路阻抗匹配，减小、消除反射。

4、屏蔽设计：屏蔽好的要求有三： 完整的电连续体；滤波措施；良好的接地。

5、输入/ 输出的滤波设计：传导骚扰问题处理的方法主要是低通滤波，综合运用抑制传导发射和辐射发射的技术措施，如屏蔽、去藕和滤波；滤波电路与负载的阻抗失配越大，滤波器衰减电磁骚扰的效果越好；减共模和差模电容，加减共模和差模线圈，调整电容和线圈匝数，共模和差模插入损耗对频率的曲线都可改变；电源滤波器安装位置应靠近电源线入口处， 如能与接口一体化更好。

除了以上设计优化之外，元器件的选择也很重要，电路的基本元件满足电磁特性的程度将决定着功能单元和最后的设备满足电磁兼容性的程度。选择合适的电磁元件的主要准则包括带外特性和电路装配技术。因为是否能够实现电磁兼容性往往是由远离基频的元件响应特性来决定的。而在许多情况下，电路装配又决定着带外响应（例如引线长度）和不同电路元件之间互相耦合的程度。具体规则是：



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