射频电路EMI抑制和EMC分析

上海智觅智能科技有限公司 程 龙

前言

射频电路在信号传输过程中会产生较强的电磁干扰，而其自身对电磁干扰的抵抗能力较弱，在同一电磁环境下运行的射频电路容易产生互相干扰。因此，必须对射频电路的电磁干扰作用进行分析，进而找到有效的抑制措施，构建良好的公用电磁环境，实现电磁兼容，确保信号传输的可靠性。

1.电磁干扰与电磁兼容概述

电磁干扰（EMI）具体是指电磁敏感设备在受到电磁干扰的情况下，会导致其功能性能指标下降，进而影响设备的正常使用。在此情况下，容易引起设备可靠性下降，导致系统功能异常，出现功能失效的情况。因此，在电磁敏感设备的应用过程中，必须做好电磁干扰抑制和防护工作。通过对电磁干扰进行分析，采取有效的抑制机制，形成EMI抑制标准，确保系统的正常运行。目前国际上的相关组织已经制定了电磁兼容标准和频谱分配规范，其中规定了电磁干扰发射的极限值，要求限制设备发射的电磁干扰。从电磁干扰机制来看，其三要素包括电磁干扰源、干扰传输的耦合途径、以及受干扰的敏感设备[1]。

电磁兼容（EMC）主要研究多个设备在同一个电磁环境下，各设备之间不受其他设备干扰、同时不会产生对其他设备干扰的运行机制。结合电磁干扰的内容，EMC具体是指敏感设备在电磁发射时不允许导致或受到同一电磁环境下其他电磁发射设备的影响，导致性能下降。要实现电磁兼容目标，需要从电磁干扰三要素着手进行分析[2]。

2.射频电路电磁干扰抑制关键点

2.1 电磁干扰分析

从电磁干扰的三要素来看，要对电磁干扰进行有效抑制，就需要从抑制干扰源、削弱干扰信号耦合途径、增强设备抗干扰能力几方面着手。具体而言，需要具备良好的电源平面和接地参考平面，对信号进行合理分层，并做好布线工作，通过采取架设金属屏蔽罩、隔离强干扰源等措施，降低敏感设备可能受到的干扰信号。通过上述几方面技术的综合应用，提高设备抗干扰能力，营造良好的公用电磁环境。此外，在射频电路产品设计过程中，还需要进行电磁兼容仿真分析、信号完整性分析，明确电磁干扰问题发生的可能性，并从源头进行抑制，提高产品电磁兼容能力。对电磁干扰进行分析，是解决射频电路电磁干扰的首要工作。射频电路频率一般在300MHz以上，电磁辐射能力强，可以将干扰信号看作辐射场，可以通过空气等介质传播，影响被干扰电路。射频电路本身属于产生干扰能力强、抗干扰能力弱的设备，需要采取必要的电磁干扰抑制措施。

2.2 射频电路电磁干扰抑制需求

基于电磁干扰三要素的分析，对射频电路电磁干扰进行抑制，需要明确以下几点：（1）从干扰源角度来看，射频电路的频段较高，存在高频分量，空间辐射能力强；（2）从路径耦合角度来看，射频电路产生的电磁干扰可通过电场、磁场和电磁场等多种路径传播；（3）从敏感设备保护方面来看，设备电路存在大量敏感器件，包括射频放大器、混频器、压控振荡器等。这些特点决定了射频电路电磁干扰突出，需要基于电磁兼容方法进行设计，最大化降低射频电路之间的互相干扰。

3.射频电路电磁干扰抑制与电磁兼容的实践应用

3.1 电磁干扰抑制的基本途径

机遇上述分析，射频电路电磁干扰问题较为严重，针对这种情况，通过采用EMC设计方法，可以实现对EMI的有效抑制。具体可从以下几方面着手：（1）在射频电路设计过程中，除了要满足功能指标，还要尽可能的降低信号高频分量，多实用信号歪斜（slew rate）较慢的装置；（2）合理设计PCB高频器件位置，尽量远离抗干扰能力弱的电路，避开对外连接器、电缆和缝隙位置；（3）确保高速信号阻抗匹配，减少高频反射和辐射；（4）采用去耦电容防止在电源管脚处，对电源层和地层噪声进行抑制；（5）对地层进行适当分割，避免干扰信号对敏感电路产生串扰辐射；（6）在高速走线旁应保留三倍线宽距离，在三倍线宽外设置多组接地孔，为高频信号提供会回流路径，达到降低辐射的效果。

3.2 接地设计

在射频电路的实际设计应用过程中，电磁干扰抑制方法主要包含三大类，一是接地设计、二是屏蔽设计、三是滤波措施。其中，接地设计具体是将所有电路器件的低参考系连接到一起，得到公共参考点，让电路电平和功能特性保持稳定。在射频电路印制板设计过程中，一般以独立电源层与地层为参考平面，可以使信号回流的阻抗较小，从而缩短回流路径，控制产生的电磁干扰。一般电源参考平面与印制板的边缘距离应小于地平面与印制板边缘的距离，这样可以避免电源层的电磁场辐射产生干扰，同时起到屏蔽作用，防止外界电磁干扰。

3.3 屏蔽设计

屏蔽设计主要是指在两个空间区域间，采用金属隔离措施进行防护，控制电磁干扰通过电场、磁场或电磁波从一个区域扩散到另一个区域，对另一个区域产生辐射干扰。具体使用屏蔽体，将射频电路和元器件等干扰源屏蔽起来，从而达到防止电磁场扩散、保护电路和设备不受外界电磁场干扰。采用金属材料的屏蔽体是出于射频信号频率特点的考虑，由于其波长短、辐射能力强，采用低阻抗金属材料可以吸收空间辐射电磁波。但采用金属屏蔽体时，不可避免的存在信号输入输出端口和缝隙，需要在金属屏蔽和内加设特殊频段电磁密封衬垫，确保屏蔽结构的完整性。此外，应避免出现直接穿过屏蔽体的导体对屏蔽效果产生破坏。

3.4 滤波抑制措施

滤波抑制措施是防止射频电路出现电磁干扰的有效措施。对于存在高次谐波分量的射频电路，采取滤波处理措施更加必要。通过进行滤波处理，可以明显降低传导干扰电平，从而对干扰信号进行抑制。在电源电路中，若滤波器件为电感元件，一般只适用于窄信号频率范围，而在高频段时，电感元件可能出现自激振荡，而且可能会出现容性特征，从而导致滤波效果无法正常发挥。因此，一般在高频电路设计中，需要采用磁珠消除传输线结构中存在的RF噪声。磁珠只允许直流通过，可以滤除高频信号。在高频条件下，磁珠会表现出较大阻抗，能够将高频干扰、噪声吸收消耗掉。基于射频电路的频率范围特点，应选择磁珠进行滤波抑制，确保滤波抑制的有效性。

4.结束语

综上所述，在进行射频电路设计时，必须充分考虑电磁干扰抑制问题。通过对射频电路电磁干扰特点和抑制机制进行分析，可以为射频电路设计提供参考，针对电磁干扰三要素，综合采用不同的抑制措施，确保电磁干扰抑制效果。基于电磁兼容进行射频电路设计，能够最大限度的抑制系统内射频电路的相互干扰，确保信号传输的稳定性和可靠性。

[1]涂冰峰.射频电路中降低电磁辐射的思索[J].现代企业教育,2017(8):149-150.

[2]牟志新,丁高,张望.射频电路PCB板的电磁兼容性设计[J].电子质量,2016(1):62-65.