通过辐射发射测试：如何避免采用复杂的EMI抑制技术...-1
通过辐射发射测试：如何避免采用复杂的EMI抑制技术以实现紧凑、高性价比的隔离设计
James Scanlon ADI公司
出于各种原因，电子系统需要实施隔离。它的作用是保护人员和设备不受高电压的影响，或者仅仅是消除PCB上不需要的接地回路。在各种各样的应用中，包括工厂和工业自动化、医疗设备、通信和消费类产品，它都是一个基本设计元素。
虽然隔离至关重要，但它的设计也极其复杂。控制功率和数据信号通过隔离栅时，会产生电磁干扰（EMI）。这些辐射发射（RE）会对其他电子系统和网络的性能产生负面影响。
对于带隔离的电路设计，一个重要的步骤是跨隔离栅传输功率，并缓解产生的RE。虽然传统方法可能行之有效，但它们往往需要权衡取舍。其中可能包括使用分立式电路和变压器来传输功率。这种方法笨重耗时，会占用宝贵的PCB空间，无一不会增加成本。更经济高效的解决方案是将变压器和所需的电路集成到更小外形中，如芯片封装。
虽然这样可以节省电路板空间，降低设计的复杂性和成本，但也使得变压器体积变小，具备的绕组更少，需要更高的开关频率（高达200 MHz）才能高效地将所需的功率传输到次级端。在更高频率下，寄生共模（CM）电流可能通过变压器的绕组以容性方式从初级端耦合至次级端。因隔离栅的性质所限，没有物理路径可以让这些CM电流返回初级端。隔离栅形成一个偶极，将能量以CM电流的形式辐射，并让其返回到初级端。这就引发了另一个重要考虑因素：合规性。
电磁兼容性（EMC）要求
产品上市前，必须符合EMC规定。将变压器和所需的电路集成到更小的封装中会产生EMI，因此需要采用复杂且成本高昂的RE抑制技术，以满足电磁兼容性（EMC）法规的要求。
EMC是指电子系统在其目标环境中正常工作而不干扰其他系统的能力。全球不同地区都有EMC法规，用于确保所有产品在有其他产品存在的情况下都能正常工作。辐射发射量必须低于目标使用环境和应用场合所对应的规定水平。因此，EMC测试和认证已成为产品上市过程的一个重要组成部分。在欧盟销售的产品需要具有CE标志，而在美国销售的产品则需要获得FCC分类认证。为取得这些认证，需要对系统执行一套EMC测试。在工业、医疗、通信和消费环境中，辐射发射通常必须符合CISPR 11／EN 55011、CISPR 22／EN 55022或FCC Part 15标准。
图1．发射量增高的示例。
CISPR 11／EN 55011
此标准适用于为工业、科学和医疗（ISM）目的而设计的产生射频能量的设备。在标准范围内，设备可能分为两组。第2组包含有意生成并在局部使用射频能量的所有ISM RF设备。第1组包含此标准范围内不属于第2组的所有设备。
CISPR 22／EN 55022
此标准适用于满足下述条件的信息技术设备（ITE）：主要功能是将输入、存储、显示、检索、传输、处理、交换或控制数据和电信信息结合起来，可能配备一个或多个终端端口，通常用于传输信息。
在各个标准下，设备被进一步分类，每个类别需遵循一组单独的排放限制。
u A类：用在工业应用和非住宅区的设备
u B类：用在住宅环境中的设备
由于B类限制覆盖的是住宅（或轻工业）环境，而这种环境中的产品更有可能彼此非常接近（广播和电视接收器的10米范围内），因此更加严格（比A类低10 dB之多），以免引起干扰问题。
图2显示了与CISPR 11／EN 55011和CISPR 22／EN 55022相关的A类和B类限制线。在这个频率范围内，符合CISPR 22／EN 55022 B类标准意味着也符合CISPR 11／EN 55011 B类标准。
图2．辐射发射标准—限制线。
在设计周期一开始就考虑EMC
据报道，50％的产品首次EMC测试都以失败告终。1这可能是因为缺乏相关知识，且未能在产品设计阶段的早期应用EMC设计技术。如果在功能设计完成之前一直忽略EMC问题，通常会带来耗费时间且代价高昂的挑战。此外，随着产品开发过程的不断深入，能够用来解决EMC问题的技术也越来越少，因为产品方面的更改必将导致计划超时和成本增加。
想要最大限度地缩短设计时间和降低项目成本，在项目开始时就进行EMC设计是至关重要的。组件的选择和放置也很重要。将已经符合行业标准的器件纳入选择和设计可以提高合规性。
