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在介绍了关于电磁辐射的几个重要的观念后﹐我们将会针对修改对策方法与方向做一个介绍﹐以使得读者除了认识一些基本概念外﹐也能够实际的运用在产品的对策修改上。
很多电磁兼容的对策工程师会发现﹐在面临电磁耐受性测试时﹐例好静电（ESD）或是涌浪突波（Surge)无法符合规格要求时﹐只要花很少的时间就能将问题解决﹐但是面临电磁干扰无法符合时﹐往往花了很长的时间修改﹐却不能获得有效的改善。这个差异在哪边呢﹖
由于耐受性测试是由外部发射信号干扰到产品内部﹐因此很容易找到干扰的路径﹐而做防治的对策﹐但是电磁干扰的辐射﹐则是由产品内部所产生的辐 射噪声﹐因此在处理上往往修改上会使用try&error的方法﹐自然就会花许多时间。
事实上EMI修改的观念﹐还是要回归到先前提到的一些基本说明﹐也就是说﹐虽然在对策修改时往往很困难﹐但是还是有一定的方向和原则。
首先还是要从辐射产生的机制来说明﹐在前一节的图十四中有说明过﹐任何一个电路可以分解成异模和共模的电路﹐而要使得电磁波能够辐射到空间﹐就必须具备三个条件﹐一个是来源（Source),一个是路径（Path)﹐另一个就是天线（Antenna),因此我们在对策时﹐同样的要从这三个地方来思考﹐也是对策上的主要原则。
对于噪声源有哪些呢﹖一般常会说时脉（clock)或是切换晶体等等﹐因此很多人在产品无法符合时﹐拼命的在clock上做一些抑制处理﹐如果以异模来说﹐一些切换的信号源或clock确实是噪声源﹐但是对于造成大部分电磁干扰的原因﹐主要为共模辐射﹐而共模辐射的来源是和clock没有关系的﹐这也是为什幺在对策修改时﹐往往在clock做了很多抑制处理﹐噪声却丝毫没有减低。
共模辐射的噪声源是什幺呢﹖就是在前面有提到的共模电压（VCM）﹐它是共模辐射的来源﹐而共模辐射又是大部分产品的电磁干扰主要辐射机制﹐因此如何有效的降低共模电压的大小﹐往往是对策修改的关键。
在第九节的电路板设计的考量中﹐已有提到共模电压怎幺来的﹐也就是VCM =ICM x RG﹐这个公式看起来很简单﹐但是这跟一般观念有一个最大的不同﹐就是这三个参数并不是纯量﹐而是和频率有关﹐也就是对 ICM﹑RG和VCM来说﹐都是一个频率的函数﹐对0Hz的频率它有一个数值﹐对100MHz的频率它又会变成另一个数值﹐而对1GHz时则又是另一个数值﹐因此考虑跟计算这些问题都不能忽略频率的影响。
首先来看ICM的抑制降低处理﹐ICM是存在电路板上的每颗组件上的回路电流﹐也就是若电路板上有三颗IC组件﹐其回路电流分别为I1﹑ I2﹑ I3﹑﹐那幺整个ICM就ICM = I1+ I2+ I3﹐而要降低ICM就要把个别的I1﹑ I2﹑ I3﹑降低﹐而降低这些电流的方法﹐一个是加电阻使其电流变小﹐另一个是降低IC组件的供应电压Vcc﹐如此其回路电流也会随之下降﹐这也就是有的人在对策时﹐会在Vcc上放一个电阻来调整﹐或在IC输出电流信号上加一个电阻调整。
这种对策处理有什幺问题呢﹖为因是直接处理到产品功能运作的组件﹐很容易使得产品功能不稳定或不动作﹐因此要降低ICM就是两个方法﹐一个降低输出电流大小﹐另一个降低供应电压﹐早期常见很多人在EMI修﹐都会在clock这边加bead或是电阻﹐为什幺会有效呢﹖主要就是降低了ICM﹐而使得VCM跟着降低。
这两个方法也是早期对策工程师常使用﹐但是效果往往很有限﹐通常的经验值约能改善1-2dB﹐从实际理论计算上﹐我们也可以大略估计出来﹐若是clock本来跑3V的电压﹐我们将其降低至2.5V能降低多少辐射呢﹖
用20log(2.5/3)=-1.6dB,这和实际上的经验值大约相同,如果将3V降到2V呢?
那可能产品就无法动作了,所以电压是没办法降太低。
影响VCM因素除了RG外,还有个就是RG, RG是什么呢?正确的说法应该是ICM流过的接地路径阻抗,就可以称做RG。
很多人往往在对策修改时有个疑问,我把接地面积加大了,加了一大堆的铜箔,为何都没有效呢?怎么和书上讲的都不相同呢?
这关键就是在ICM是否有流过,如果ICM并不是走这些接地路径,那做再多的处理也是没有效果,因此RG的降低,最重要的就是要找对方向,只是针对回路电流经过的路径降低阻抗,这样才能使得VCM降低。
如果降低RG呢?当然众所周知电阻的特性是和长度及面积有关,也就是电阻的大小和长度成正比,而和面积成反比,因此要降低RG,那么就要使得长度变短而面积加大。
在前面的章节有提到对典型的电路上,一英时的走线在100MHz约有12.5 Ω 的阻抗,如果接地回路走线由两英时缩短为一英时,能降低多少的VCM呢?
计算的方式是和先前相同,用20log(1/2)=-6dB,也就是能降低6dB的噪声,如果我们再把接触的面积加大一倍,那么其效果会有多少呢?同样 20log(1/2)=-6dB,也会有6dB的效果,所以同时缩短长度及面积,就能达到12dB的抑制效果,这也是我们常说接地的处理正确,往往都是有 10dB以上的效果
在很多接地连接上强调要用360度的环状的接触目的也是让其阻抗降低而使得VCM跟着下降。
许多研究理论的学者,常常希望在产品设计好,就能计算出噪声可能辐射的大小,基本上这是不可能的,也没有迫切需要,因为噪声对设计者来说,是不要的信号 (unwanted signal),这些根本不是在设计的范围,就算能够把它清楚的计算出来,也是没有意义,因为产品的运作并不是靠这些高频的噪声,而是由基本的clock 来运作,但是我们必须要知道,当我们做了一些处理后,这些处理的方法,在理论上最多能降低Db,这法反而是很重要的观念。
为了达到缩短长度和增加面积,在对策上最常用的就是短编织金属线和铜箔或铝箔,当然有时常将产品金属烤漆部分刮除,使其金属的两面接触效果更好,或是增加接地点的螺丝,基本上,就是可以因产品或因人而有不同的巧妙处理,但其方向和原则是固定不变的。
讨论完VCM的降低方法后﹐接下来我们来说明一下天线的辐射﹐天线对一个讯号的辐射来说﹐是具有举足轻重的地位﹐如果讯号源没有连接到天线﹐对幺这算这个讯号能量再强﹐也无法辐射到空中﹐这代表什幺意思呢﹖
如果把产品上的噪声辐射对应来看﹐也就是每一个噪声﹐其实都有一支相对应的辐射天线存在﹐如果我们能降低或是消除造成该噪声辐射的天线﹐那幺不需要处理噪声源的大小﹐一样能快速的把噪声降下来﹐了解天线的重要后﹐我们回过头来想想﹐什幺会是在产品中造成噪声辐射的天线呢﹖
产品的外部连接线﹑内部的连接线﹑电路板上的走线等等﹐都有可能是成为天线的条件﹐而更广泛的来看﹐只要是在产品里面金属的部分。都有可能成为辐射天线的条件﹐所以从修改的角度﹐天线的对策是最容易也是最困难的。
最容易的原因是因为在天线的修改上﹐只要把它的线长缩短﹐或是加一个陶铁环（Ferrite Core)或是加bypass电容﹐很容易就能将噪声降下来﹐ 而天线的对策上最困难的就是如何找到真正的天线辐射﹐只要诊断正确﹐噪声很快就能修改下来。
天线的辐射诊断要从两个地方着手﹐一个是直接辐射的天线﹐另一个是感应辐射的天线﹐直接辐射在诊断上非常简单﹐通常只要将这条线取下﹐若噪声很快的降下来﹐那幺我们很容易嘹解该条线就是造成辐射的天线﹐当然产品的电源线是无法取下﹐但是电源线往往也会成为天线﹐而将产品内的噪声辐射出去﹐因此在判断电源线上则可以使用Ferrite Core来判断﹐如果加上Ferrite Core而噪声随即降低﹐就代表电源线会有辐射的项献。
一般最容易被忽略的就是感应辐射天线﹐也就是由于在某些噪声能量附近﹐正好有成为辐射条件的天线存在﹐那幺这天线很容易将感应的噪声能量辐射到空中﹐这情况在电路板上发生的最多﹐也就是当走线所绕的loop面积愈大﹐那幺愈容易感应到电路板上较强的场强而辐射噪声。
很多人在考虑电路板上的layout走线﹐对于一些跑高频信号或clock的线﹐都做了妥善处理﹐反而一些简单的控或低频的资料传送线被忽略了﹐这些不良的走线形状﹐除了会感应高频谐波外﹐还会将电路板上的接地噪声整个变大﹐这时噪声就变得很难处理﹐因为只要电缆的接地端一接到I/O Port的地﹐噪声就会辐射出来﹐而如果把接地面积扩大是否有效呢﹖
在这情况下﹐就算贴了很多铜箔﹐可能都没法控制噪声﹐反而使得噪声更糟﹐因此必须把造成这些问题的环状走线找出来﹐ 并作适当的处理才能解决干扰的问题。
讨论完来源（Source)和天线（Antenna)后﹐还有一个常被忽略的机制﹐就是路径（Path)﹐这就像一如发射机到天线之间﹐必需有一条电缆连接并有适当的阻抗匹配﹐使得能量在传送过程中不会有很大的损失。
如果阻抗没有适当的匹配﹐发射机虽然输出2W的功率﹐实际到天线端可能只有1W﹐这也就是为何大部分仪器都是使用50Ω 的输入阻抗﹐而电缆的接头也是设计为50Ω 。
我们可以用一个简单的图来说明﹐在图二十三中有两条相互连接的水管﹐分别代表不没阻抗的两端相连接﹐在图有左边是一个较大的水管接到一个小水管﹐因此只有部分的水流能流到小水管中﹐而在图的右边则因为两个水管大小一样 ﹐水流可以完全的流过﹐因此若是阻抗匹配﹐则能量会完全传到天线﹐然后就会辐射出来。
倒过来想﹐如果我们让其阻抗不匹配﹐那一些高频噪声是否就不易传导到天线上﹐噪声自然就相对降低了﹐因此如果阻断或隔绝传输的路径﹐也是在对策上的一个思考方向跟方法﹐例如一般在I/O电缆处加一个bead或电阻﹐往往就可达到这些效果﹐只要让噪声来源端和会辐射噪声的天线端之间阻抗不匹配﹐则噪声能量虽然存在﹐但是不会流到天线造成辐射。
所在在引作一个综合结论﹐有理论在修改上才会有信心﹐而理论都是由实务来的﹐修改的技巧因不同的产品而可以变化﹐可是一些法则是不变的﹐我们对于这些修改对策方法做一个整理如下表
除了这些大原则的方向跟方法外﹐我们另外整理了一些在电路上常用到的对策抑制方法﹐以提供读者在实务运用上的参考﹐这些主要都是从先前所说的ICM着手﹐在设计时有些地方可以用预留的观念﹐并不需要先加上这些对策组件﹐而是当产品噪声较高无法符合时﹐再逐一的加上去就可以。
