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智能硬件EMC电磁干扰,实战案例详解!-燚智能硬件开发周教授

简介

什么是EMI和EMC: EMI是电磁干扰(Electro Magnetic Interference)。设备发射出干扰信号。 EMC是电磁兼容(Electro Magnetic Compatibility)。让设备发射出的干扰信号别那么强。 品牌智能硬件产品必须要通过EMC测试,山寨的产品就没有人去花钱搞这些了。所以很多小厂出来的山寨硬件工程师,可能都没听说过EMC测试和EMI干扰。

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什么是EMI和EMC:

EMI是电磁干扰(Electro Magnetic Interference)。设备发射出干扰信号

EMC是电磁兼容(Electro Magnetic Compatibility)。让设备发射出的干扰信号别那么强

品牌智能硬件产品必须要通过EMC测试,山寨的产品就没有人去花钱搞这些了。所以很多小厂出来的山寨硬件工程师,可能都没听说过EMC测试和EMI干扰。

智能硬件EMC电磁干扰,实战案例详解!别再做“山寨”工程师了!

↑图:汽车的EMC测试环境,手机、智能硬件也都一样,就是微波暗室小点

  • 简单来讲:

不管是手机还是智能硬件,都会对外发射各种各样频段的电磁波。如果发射的太强了,就会干扰周围的其他设备, 这就是“电磁兼容设计”需要考虑的,要把“电磁干扰”限定在合理范围内

最直接的例子:手机在固定电话机旁边打电话,固定电话机里可以听到吱吱吱的声音。这就是电话机被手机的辐射给干扰了。

  • 复杂来讲:

EMI电磁干扰,是信号在网络传输过程中,通过传导或辐射的方式向外辐射能量的一种现象。(叫做Noise,信号的噪声)。传导是Noise在网络上的传播;辐射是Noise在传播过程中遇到天线效应的物体(导线长度为1/4波长附近,或其它倍数波长,形成天线效应)。

为什么数字信号会有电磁干扰产生?可以翻翻课本,看方波的傅立叶变换能产生什么,就知道了:无数的高次谐波

iPhone X EMC设计

手机,集成了超过20个频段的蜂窝网络、2个频段的WIFI、蓝牙、NFC。CPU、DDR、显示屏和摄像头的工作频率高达GHz。这些信号集成在小小的手机壳内部,既不互相干扰,也不干扰外面的设备,是很典型的电磁兼容设计的案例

以iPhone X为例,除了硬件电路上添加大量的抗干扰的器件之外,外部把所有的能屏蔽的地方都屏蔽起来,不管是电路板还是排线还是摄像头都做了屏蔽处理。

(实际上OPPO、小米、华为等国产品牌机也是这么做的,不然过不了EMC测试。山寨机和小品牌就做不到这么全面的防护了。)

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↑图:iPhone X的部分防EMI措施

抑制EMI干扰的几个典型措施,硬件工程师基础知识

  • 1,高速信号和射频信号,要加屏蔽措施

像射频信号、CPU、DDR、HDMI、MIPI这些几百兆到GHz的信号以及元器件,要用屏蔽盖盖起来。

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  • 2,硬件原理设计,高速信号线增加抗EMI器件

高速信号线,包括时钟,都应当设计EMI滤波器、共模滤波器、磁珠、RC滤波器等元器件,来预防EMI问题。有没有这些滤波器,也是区分山寨产品和品牌产品的一大特征。共模滤波器一颗要几毛钱人民币,并不便宜。

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  • 3,硬件PCB设计,屏蔽高速信号、减小天线效应

PCB走线上,要注意对高速信号的屏蔽。避免人为造成天线效应,把高速信号辐射出来,形成干扰源。

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某型智能音箱,解决EMC测试问题实际案例

这是我们遇到的一款智能音箱设备,EMC测试不通过,需要整改。我们的硬件工程师折腾了好几天,拿出了一系列的改进措施。

下面是硬件工程师分析EMI问题的思路

  • 1,根据频率,找辐射源

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从超标频点分析,893.8567MHZ、595.1329、446.4141 很可能为HDMI倍频点辐射的EMI。221频点很可能是WIFI CLK倍频点的辐射。低频段包络性的浮高很可能是DC电源线上的辐射。

  • 2,处理措施

处理1:HDMI线采用两端带磁环线材。

处理2:HDMI CLK 上串电感并电容,通过LC电路滤除高频干扰。

处理3:软件上在眼图不超标的前提下,尽量降低HDMI的驱动能力。

处理4:电源上串共模电感,滤除电源上的高频干扰。

处理5:电源上串共模电感,滤除电源上的高频干扰。

处理6:CPU DDR DCDC通过屏蔽罩罩在屏蔽罩内部。

处理5:优化Layout走线。

  • 3,处理结果

测试通过。

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最后,提问:

电脑主板,元器件和线路都裸露在外面。

为什么电脑不担心EMI干扰?

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