許多嵌入式系統要在極其狹小的環境中工作。工程師們必須集成合適的材料，校準設備，并組裝組件，以考慮電磁干擾(EMI)對其造成的影響。
小型消費電子產品和物聯網(IoT)等產品每年都在不斷增強抵御這些干擾的能力，但工業領域的大型設備又如何應對呢？嵌入式系統工程師能采用哪些電磁干擾抑制技術來處理更大規模的設備呢？
屏蔽
屏蔽技術日益精進，不僅能抵御射頻干擾，更能應對電磁干擾。專業人員使用各種材料來吸收和屏蔽比以往更廣頻率范圍的電磁干擾。這些材料包括魚皮紙、纖維紙等，導電橡膠等其他選項同樣效果顯著。這些是保護敏感電路的比較好的方案，相關電路應盡可能保持封閉狀態。
輻射會對航天器等昂貴且體積龐大的電子設備造成影響，而屏蔽是保護電路和微控制器的常用方法之一。如果沒有足夠的電磁干擾屏蔽，這些組件可能會發出虛假指令或引發表面電荷，從而危及宇航員的安全。
電纜屏蔽是另一項重要措施，尤其適用于能源傳輸基礎設施。諸如雙絞線之類的屏蔽層可以防止電磁干擾，但其材料和結構會根據具體應用而有所不同。某些設備可能需要更高的柔韌性或更強的耐環境應力特性，例如耐化學腐蝕或耐高溫。
防護墊圈與屏蔽網同樣不可或缺。它們非常適合用于接縫和潛在的縫隙區域。這為外殼增加了一層額外的安全保障，即使是最小的縫隙也能被覆蓋，防止輻射滲入。
濾波
物聯網等技術的擴展，尤其是在智慧城市等大型應用中，需要電容器、鐵氧體磁珠和其他濾波器等噪聲抑制器來維持正常運行。當意外頻率干擾嵌入式系統的脆弱點時，會造成中斷和不便，從而阻礙進一步的數字化轉型。例如，像外科手術設備這樣的救生技術，就絕不能出現通信故障。
其他結構(如供電線路)應安裝輸入輸出端口，防止高頻及其他噪聲侵入嵌入式系統。工程師可以參考電磁兼容性標準，獲取最新的合規建議。這些是較為被動的濾波方法。
工程師還可以采用更主動的策略，例如使用分流器將噪聲物理地分流到接地設備。或者利用電感器儲存磁噪聲，防止其影響設備運行。
接地策略
無論是制造工廠中的重型機械還是航天器，嵌入式系統都需要接地組件，例如導線和接地回路。這些系統還應包含接地平面和星形接地結構，并消除天線等設備的負面影響。對于低頻設備，應采用單點接地方式；對于高頻設備，則應采用多點接地方式。
機械部件隨著時間的推移總是容易磨損，而且大型組件承受的壓力比微電子產品需要更多的維護。接地還能穩定連接設備之間的電壓。像國家電網這樣的大型項目需要這種調節來消除負載問題，并建立低阻抗通路，從而避免不利的電磁干擾影響。
信號完整性
串擾和信號反射等因素會損害信號相干性。其他不利因素，例如設計缺陷和數字系統與模擬系統隔離不足，也會導致信號中斷，而電磁干擾會加劇這種中斷。以下是一些無論應用規模大小，都能優先保證信號完整性的有效方法：
縮短走線長度：使用正確的信號協議并縮短走線之間的距離，以降低電磁干擾的可能性。
控制阻抗匹配：PCB應采用適配尺寸與材料以應對高頻信號。
實施阻抗匹配：阻抗不匹配會導致功率傳輸不足和反射增強。
部署帶狀線：這將取代更容易受到輻射影響的微帶線。
然而，信號完整性維護還需依賴溫度波動等內部環境管理。在汽車總成和醫療設備等大型產品中部署合適的風冷振動臺，是保護精密電子元件的一種經濟有效的補充措施。大型應用還應考慮網絡安全等因素，因為網絡安全可能為其他形式的攻擊打開后門，而電磁干擾(EMI)會加劇這些攻擊。工程師必須全面評估設備功能，考量所有因素對耐久性與穩定性的影響，方能充分發揮信號完整性技術的價值。
專家還可以通過軟件調整來操控信號和電磁干擾。遠程監控可以詳細記錄電流變化發生的時間，技術人員可以設置自動化程序來補償不利影響。
時鐘管理
時鐘信號是電磁干擾(EMI)最常見的來源之一。復雜的嵌入式系統需要擴頻時鐘技術(SCC)(也稱為抖動技術)來實現更好的信號分布，因為該技術能覆蓋更寬的頻率范圍。然而，雙隨機擴頻技術(DRSS)采用的新型算法有望超越這一標準，并保證無論在哪個頻段，性能損失都極小。
布局調整
改變設備布局可以顯著改善電磁干擾(EMI)性能。分散的元件和過長的走線為電磁干擾提供了滋生土壤。嵌入式系統只有在工程師巧妙布局元件時才能高效運行。
區域隔離
大型項目擁有更廣闊的布局空間，因此設計人員可以利用區域劃分來按用途對各個部分進行分類。一個區域可以用于特定功能或處理特定的信號協議。區域劃分使更強效的電磁干擾抑制技術得以部署在最敏感的電路段。
多層設計
其他研究探索了印刷電路板的新藍圖，包括采用3D多層結構的設計，部分方案還整合了防護罩以增強安全性。通過交替堆疊信號層、電源層和接地層，可實現更穩健的設計。
去耦電容
去耦電容應盡可能靠近集成電路的電源引腳。這種設計選擇可以有效減少電壓波動，因為電荷儲存器就在附近。
合規性設計
工程師在設計時也應考慮合規性。這意味著在產品上市前的早期規劃階段就應考慮潛在的電磁干擾影響。否則，工程師將不得不依賴后期改造，這可能導致耗時耗資且影響運營的中斷。
大規模電磁干擾抑制技術
針對電路與外圍設備的防護策略可推廣至大型電子系統，但需根據其復雜度與體積定制解決方案。工程師若想打造經得起全球數字化轉型與EMI增強考驗的技術，必須善用這些資源，唯有經得起考驗的機械才能確立核心設備在市場中的可信度與長久生命力。
(原文刊登于EDN姊妹網站Embedded，參考鏈接：EMI Reduction Techniques for Large-Scale Electronic Assemblies，由Ricardo Xie編譯。)
