EMC重在設(shè)計(jì)3
前面已經(jīng)提過,EMC的根本問題,解決EMC問題的根本辦法,無論從市場經(jīng)濟(jì)的原則出發(fā),還是從其它方面考慮,都是趁早進(jìn)行EMC設(shè)計(jì)。從設(shè)計(jì)立項(xiàng)的一開始,就把EMC要求納入設(shè)計(jì)任務(wù)書,作為設(shè)計(jì)的輸入之一。EMC設(shè)計(jì),簡單地說,就是仔細(xì)預(yù)測可能發(fā)生的各種EMC問題,進(jìn)行方案和電路的優(yōu)化選型,尋找一
種優(yōu)化電路、機(jī)械結(jié)構(gòu)和PCB的設(shè)計(jì)解決方案,提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量,確保達(dá)到功能和性能指標(biāo)的情況下,兼顧成本效益,避免EMC問題。
為抑制和消除騷擾源,減小高頻信號(hào)頻率、減小高頻電流回路面積、減小共阻抗耦合或感應(yīng)耦合,選用低速、低輻射器件,選用屏蔽機(jī)箱、屏蔽電纜和I/O濾波器都是常用的措施。
一般來說,EMC設(shè)計(jì)可分五個(gè)層次。以下為五個(gè)層次EMC設(shè)計(jì)要點(diǎn):
1)的方案選擇、主要部件、集成電路的選型、電路和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);
對(duì)于產(chǎn)品的成功與否,**層次設(shè)計(jì)是*基本、*重要的,任何錯(cuò)誤都意味著該產(chǎn)品項(xiàng)目徹底失敗。這一層主要EMC考慮體現(xiàn)在:
a) 方案選擇、主要部件、集成電路的選型主要考慮減少輻射騷擾或提高射頻輻射抗干擾能力,盡量選用本身發(fā)射小的芯片,如翻轉(zhuǎn)時(shí)間長、工作速率低的器件,多地線腳的芯片(芯片實(shí)質(zhì)就是集成度較高的電路模塊,封裝時(shí)多裝地線腳,可以減小高速差模電流環(huán)面積S,相應(yīng)地減小芯片的發(fā)射);避免使用大功率、高損耗器件,它們往往是大的輻射源;
b) 保證所選器件不工作在非線性區(qū),以免產(chǎn)生諧波分量成為干擾源。
c) 電路和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除考慮減少輻射騷擾或提高射頻輻射抗干擾能力外,主要考慮電源電路防外部騷擾包括浪涌、快速脈沖群、靜電、電壓跌落、電壓變化等;
d) 電路設(shè)計(jì)或方案應(yīng)不使數(shù)字信號(hào)波形產(chǎn)生過沖,應(yīng)使無用的諧波振蕩幅度*小,使無用的高次諧波成分*少,避免引發(fā)強(qiáng)烈的電磁騷擾;
e) 對(duì)集總參數(shù)電路,增加阻尼、 減小Q值,防止振蕩;P
2)PCB的EMC設(shè)計(jì);
對(duì)于產(chǎn)品的成功與否, PCB的EMC設(shè)計(jì)是重要的一環(huán)。PCB設(shè)計(jì)不合理,會(huì)產(chǎn)生無法補(bǔ)救的后果; PCB良好的EMC設(shè)計(jì),有事半功倍的效果。
PCB的EMC設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下內(nèi)容:
a) 盡量減小所有的高速信號(hào)及時(shí)鐘信號(hào)線構(gòu)成的環(huán)路面積,連接線要盡可能短,并使信號(hào)線緊鄰地回路;
b) 使用小型化器件和多層線路板,多層印制板可緊縮布線空間,高頻特性好,容易實(shí)現(xiàn)EMC;
c) 印制板層數(shù)選擇考慮關(guān)鍵信號(hào)的屏蔽和隔離要求,先確定所需信號(hào)層數(shù),然后考慮成本的前提下,增加地平面和電源層是PCB EMC設(shè)計(jì)*好的措施之一;
d) 印制板分層原理與布置印刷電路、布置排線的原理一樣,元件面下面為地平面,關(guān)鍵電源平面與其對(duì)應(yīng)的地平面相鄰,相鄰層的關(guān)鍵信號(hào)不跨區(qū),所有的信號(hào)層特別是高速信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)與地平面相鄰,盡量避免兩信號(hào)層相鄰;
e) 個(gè)別電源層、地層不能作為一個(gè)連續(xù)的平面時(shí),采用多網(wǎng)孔連接形成地格蜂窩網(wǎng),有效減小電流環(huán)路面積,減小公共阻抗R,加大信號(hào)與地層分布電容;p
f) 線路板布線設(shè)計(jì)時(shí)順序考慮:電源和地/時(shí)鐘線/信號(hào)線,布線應(yīng)該短、直、粗、勻,不要直角和突變,不應(yīng)有“之”字形,用圓角代替尖銳走線,盡可能加寬電源和地的布線,電源和地層的分割,盡量符合微帶線和帶狀線要求;
g) 走線盡可能遠(yuǎn)離騷擾源,布線考慮鐵氧體材料的使用,預(yù)留磁珠和貼片濾波器的位置,以備按需加減;
3)電與接地、高速信號(hào)線路及內(nèi)部線纜的EMC設(shè)計(jì);
PCB的EMC設(shè)計(jì)中也提到供電與接地、高速信號(hào)線路的EMC設(shè)計(jì),此外,還應(yīng)遵循以下內(nèi)容:
a)芯片間使用低阻抗地連接(地平面),不同芯片供電腳間阻抗盡量小,芯片供電腳(意思是離芯片供電腳很近的供電線上)與地間接高頻旁路電容,供電布線預(yù)留磁珠和貼片濾波器的位置,以備按需加減;
b) 布線、I/O排線的核心原則就是減小電流環(huán)面積S,布置排線的原理與印制板分層原理一樣,關(guān)鍵電源線與其對(duì)應(yīng)的地線相鄰,所有的信號(hào)層特別是高速信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)線與地線相鄰,盡量避免兩信號(hào)線相鄰;
c) 為避免接地線長度過長(接近λ/4),可采用多點(diǎn)就近接地,接地線高頻阻抗要小;
d) 減小電纜的天線效應(yīng)及減小偶極子天線效應(yīng),跨線、I/O排線采用屏蔽性能好的線纜,內(nèi)導(dǎo)線采用多股雙絞線,使空間場互抵,屏蔽層可作為回線;
e) 機(jī)內(nèi)采用屏蔽線防止感應(yīng)噪聲;
f) 濾波器的輸入輸出線應(yīng)拉開距離,忌并行走線,以免影響濾波效果;g
h) I/O接口注意高速電路阻抗匹配,減小、消除反射;
4) 屏蔽設(shè)計(jì);
屏蔽好的要求有三:完整的電連續(xù)體;濾波措施;良好的接地。
對(duì)于信息技術(shù)IT類設(shè)備,當(dāng)主板及配置選定的情況下,提高整機(jī)的屏蔽效果和各個(gè)部分的隔離效果非常重要,尤其個(gè)人計(jì)算機(jī)和液晶顯示器。這里只說屏蔽設(shè)計(jì):z
a)計(jì)算機(jī)機(jī)殼內(nèi)騷擾場強(qiáng)較大,機(jī)殼塑料部分未涂導(dǎo)電材料或所涂導(dǎo)電材料不佳,機(jī)箱有孔洞、縫隙,不是一個(gè)完整電連續(xù)體,進(jìn)出線濾波不好,*終都可導(dǎo)致輻射騷擾超出限值。機(jī)箱為了更好屏蔽電磁輻射,既能照顧到機(jī)箱的散熱需求,又能有效地防止電磁波的衍射,開孔尺寸一般不超過4mm;
b) 根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際進(jìn)行屏蔽設(shè)計(jì),端口、通風(fēng)孔、孔洞、連接縫隙的屏蔽性都是值得考慮的因素;j9
c) 液晶顯示器為了更好屏蔽電磁輻射可以采用噴涂導(dǎo)電材料的外殼(接縫處要噴涂導(dǎo)電材料);
d) 為了將輻射減到*小,盡量使用通過了CQC (EMC方面)自愿認(rèn)證的機(jī)箱;
e) 為保證機(jī)箱的密封性,要使用精密模具沖壓成型,設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)膹楛c(diǎn)和卷邊;
f) 變壓器加靜電屏蔽及接地等
5)輸入/輸出的濾波設(shè)計(jì)g
電源線濾波和信號(hào)線濾波的重要性并不亞于機(jī)箱屏蔽,濾波關(guān)鍵是針對(duì)EMC要求,兼顧達(dá)標(biāo)和經(jīng)濟(jì)的原則。在I/O接口部位,一般采用高頻濾波效果好、安裝簡單的濾波連接器。在電纜上纏繞或套用鐵氧體磁環(huán)也能起到一定的濾波吸波作用。設(shè)計(jì)或使用信號(hào)線濾波器時(shí),濾波器的截止頻率須高于電纜上要傳輸?shù)男盘?hào)頻率。
a)傳導(dǎo)騷擾問題處理的方法主要是低通濾波。在1MHz以上時(shí),傳導(dǎo)發(fā)射問題通常是由輻射發(fā)射的耦合而引起的,須綜合運(yùn)用抑制傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射的技術(shù)措施,如屏蔽、去耦和濾波;
右圖是一個(gè)高性能電源濾波電路,有二級(jí)共模和**差模濾波,共模和差模騷擾抑制能力較強(qiáng),適用于要求抑制較強(qiáng)騷擾發(fā)射的場合。
b)濾波電路的衰減性能與源和負(fù)載的阻抗關(guān)系很大,失配越大,濾波器衰減電磁騷擾的效果越好。大多數(shù)情況下,電源線表現(xiàn)為低阻抗,則濾波器的輸入端應(yīng)為高阻抗。另一方面,設(shè)備既可能為高阻抗,也可能為低阻抗。對(duì)于線性電源高阻抗,為獲得阻抗失配,負(fù)載端應(yīng)設(shè)計(jì)為低阻抗。對(duì)于開關(guān)電源和同步電機(jī)這樣的低阻抗設(shè)備,負(fù)載端設(shè)計(jì)為高阻抗。
c) 減共模和差模電容,加減共模和差模線圈,調(diào)整電容參數(shù)和線圈匝數(shù),共模和差模插入損耗對(duì)頻率的曲線都可改變。濾波器的泄漏電流是指相線和中線與外殼地之間流過的電流。它主要取決于連接在相線與地和中線與地間的共模電容。
共模電容的容量越大,共模阻抗越小,共模騷擾抑制效果越好,但**標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定泄漏電流不能過大。
d) 電源濾波器安裝位置應(yīng)靠近電源線入口處,如能做成與接口一體化更好。對(duì)于金屬屏蔽機(jī)箱,選用獨(dú)立電源屏蔽濾波器,安裝在電源線入口處,并確保濾波器外殼與設(shè)備機(jī)箱(地)良好電接觸,這樣的效果是*好的。濾波器接地通常固定在電纜出口處的公共地金屬構(gòu)件上。