设计技巧：EMI辐射信号强度解析

作者：Bonnie C. Baker，德州仪器(TI) 高级应用工程师

需要距离辐射源多远才能使辐射信号不干扰系统呢？要想知道这个问题的答案，需要思考下面两个问题：1）辐射源的辐射能量大小；2）系统的EMI 保护电路性能如何。本文中，我们将首先讨论第一个问题。

呈辐射状的电磁干扰(EMI) 信号会从辐射源传播至某个接收单元。根本而言，这些信号的功率或者电压强度在“触及”敏感的电路时，取决于发送器的功率/天线增益以及辐射源和接收器之间的距离（请参见图1）。


图 1 辐射源和接收器之间的 EMI 电场和功率密度关系

在进行EMI 评估时，可能会利用电场强度或者辐射功率密度参数。电场强度量化了辐射源干扰电压的大小。这种窄带或者宽带EMI 信号测量单位为伏每米(V/m)。您可以根据喜好，对这种电场强度单位进行修改，将它们转换成dBμV/m，其中dBμV = 20 log (V) + 120μV。

窄带EMI 信号一般为重复信号或者脉冲序列。利用图1 所示简单公式，可以在距离EMI 辐射源的某个地方，迅速计算出辐射电压的极端估计情况Er。宽带EMI 信号一般为单个脉冲，例如：闪电、一次ESD 事件或者火花隙。这些脉冲类型事件都包含多个频率。宽带信号难以测量，因为它们不重复且速度快。

辐射功率密度单位也可用于描述窄带事件。EMI 窄带的测量单位（辐射功率密度）可以为瓦特每平方米，即W/m2。通信工程师使用功率密度表示EMI 信号，用于解决其窄带EMI 问题。可以将辐射功率密度单位转换成dBm/m2，其中dBm (dB milliwatts) = 10 log (W)。

在实验室中，可以在时域和频域中对EMI信号进行预分析。使用一台示波器对信号进行时域观察，然后再使用一台频谱分析仪对信号进行频域评估。但是，通过联邦通信委员会(FCC) 和欧洲国际特别委员会(CISPR) 无线电干扰认证的一些公司，必须在产品上市以前就进行所有辐射EMI 测量。这种要求可以确保测试结果完全符合FCC 和/或CISPR 规定。测试方法包括使用环境测试，并使用经过校准的EMI 测试设备和天线。FCC 和CISPR 要求设备发射的辐射信号必须在规定值以下。FCC 和CISPR 相关文件包括EN 55011、EN 55013、EN 55014、EN 55015、EN 55022和EN 50081-1.2（通用辐射标准）。


图 2 FCC 和 CISPR 辐射限制—30MHz 到 1GHz，测量距离 10m

图2 中，A 类限制针对商业、工业或者企业环境下使用的电子设备。B 类限制针对家用电子设备。A 类限制也可能适用于家用电子设备。B 类限制更加严格，因为这类设备可能会靠近TV和无线电接收设备放置。

我们离电路中的器件越来越近了，下次，我们将讨论EMI辐射传播，敬请期待。

参考文献

    《EDN 设计人员EMC 指南》，作者：Kimmel Gerke联合有限公司Daryl D. Gerke, PE和William D. Kimmel, PE
    《RFI：让噪声远离您的设计》，作者：Paul Rako，2008 年1 月10 日发表于EDN。
    《运算放大器的EMI 抑制比》，作者：TI Chris Hall和Thomas Kuehl，2011 年8 月发表于SBOA128。