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電磁兼容EMC設(shè)計技巧
發(fā)布時間:2011-09-16 閱讀量:2894 來源:我愛方案網(wǎng) 作者:benchen
一、元器件選型
我們常用的電子器件主要包括有源器件和無源器件兩種類型,有源器件主要指IC和模塊電路等器件,無源器件主要是指電阻、電容、電感等元件。下面分別對這兩種類型元件的選型、在電磁兼容方面要考慮的問題做一些介紹。

有源器件EMC選型
工作電壓寬的EMC特性好,工作電壓低的EMC特性好,在設(shè)計允許的范圍內(nèi)延時大(通常所說的速度慢)特性好一些,靜態(tài)電流小、功耗小的比大的特性好,貼片封裝的器件的EMC性能好于插裝器件。

無源器件選型
無源器件在我們的應(yīng)用中通常包括電阻、電容、電感等,對于無源器件的選型我們要注意這些元件的頻率特性和分布參數(shù)。

無源器件在某些頻率下,會表現(xiàn)出不同特性,一些電阻在高頻時擁有電感的特性,如線繞電阻,電解電容的低頻特性好,高頻特性差,而薄膜電容和瓷片電容高頻特性較好,但通常容量較小。考慮溫度對元器件的影響,根據(jù)設(shè)計原理,選用各種溫度特性的器件。

二、印制板設(shè)計
印制板設(shè)計時,要考慮到干擾對系統(tǒng)的影響,將電路的模擬部分和數(shù)字部分的電路嚴格分開,對核心電路重點防護,將系統(tǒng)地線環(huán)繞,并布線盡可能粗,電源增加濾波電路,采用DC-DC隔離,信號采用光電隔離,設(shè)計隔離電源,分析容易產(chǎn)生干擾的部分(如時鐘電路、通訊電路等)和容易被干擾的部分(如模擬采樣電路等),對這兩種類型的電路分別采取措施。對于干擾元件采取抑制措施,對敏感元件采取隔離和保護措施,并且將它們在空間和電氣上拉開距離。在板級設(shè)計時,還要注意元器件放置要遠離印制板邊沿,這對防護空氣放電是有利的。

采樣電路的原理圖設(shè)計參見下圖:

電路的合理布局可以降低干擾,提高電磁兼容性能。按照電路的功能劃分若干個功能模塊,分析每個模塊的干擾源與敏感信號,以便進行特殊處理。

印制板布線時,需要注意以下幾個方面:
1、保持環(huán)路面積最小,例如電源與地之間形成的環(huán)路,減小環(huán)路面積,將減小電磁干擾在此回路上的感應(yīng)電流,電源線盡可能靠近地線,以減小差模輻射的環(huán)面積,降低干擾對系統(tǒng)的影響,提高系統(tǒng)的抗干擾性能。并聯(lián)的導(dǎo)線緊緊放在一起,使用一條粗導(dǎo)線進行連接,信號線緊挨地平面布線可以降低干擾。電源與地之間增加高頻濾波電容。
2、使導(dǎo)線長度盡可能的縮短,減小了印制板的面積,降低導(dǎo)線上的干擾。
3、采用完整的地平面設(shè)計,采用多層板設(shè)計,鋪設(shè)地層,便于干擾信號泄放。
4、使電子元件遠離可能會發(fā)生放電的平面如機箱面板、把手、螺釘?shù)龋3謾C殼與地良好接觸,為干擾提供良好的泄放通道。對敏感信號包地處理,降低干擾。
5、盡量采用貼片元器件,貼片器件比直插器件的電磁兼容性能要好得多。
6、模擬地與數(shù)字地在PCB與外界連接處進行一點接地。
7、高速邏輯電路應(yīng)靠近連接器邊緣,低速邏輯電路和存儲器則應(yīng)布置在遠離連接器處,中速邏輯電路則布置在高速邏輯電路和低速邏輯電路之間。
8、電路板上的印制線寬度不要突變,拐角應(yīng)采用圓弧形,不要直角或尖角。
9、時鐘線、信號線也盡可能靠近地線,并且走線不要過長,以減小回路的環(huán)面積。

三、系統(tǒng)布線設(shè)計
印制板設(shè)計出來后,進行試制,焊接調(diào)試,系統(tǒng)裝機,考慮電磁兼容設(shè)計因素,機柜結(jié)構(gòu)、線纜設(shè)計需要注意以下幾個方面:
1、機柜選用電磁屏蔽柜,具有良好的屏蔽性能,很好地對系統(tǒng)進行屏蔽,降低外界電磁干擾對系統(tǒng)的影響。
2、總電源進線選用屏蔽電源線,并加磁環(huán),屏蔽層在進入機柜處360度接地。
3、對系統(tǒng)外部信號線選用屏蔽線,屏蔽層機柜入口處良好接地。
4、設(shè)備外殼就近接機柜,避免交叉。
5、系統(tǒng)設(shè)置隔離變壓器和ups,保證系統(tǒng)供應(yīng)純凈電源。
6、嚴格將電源線和信號線分開,設(shè)備外殼的各個面之間和各個板子面板之間要良好接觸,接觸電阻要小于0.4歐,越小越好,保證設(shè)備外殼良好接大地,這樣在有靜電釋放時,不會影響到系統(tǒng)的正常工作。

 


四、系統(tǒng)接地設(shè)計
接地是最有效的抑制騷擾源的方法,可解決50%的EMC問題。系統(tǒng)基準(zhǔn)地與大地相連,可抑制電磁騷擾。外殼金屬件直接接大地,還可以提供靜電電荷的泄漏通路,防止靜電積累。

1、地線的概念
安全接地 包括保護接地和防雷接地。

保護接地 為產(chǎn)品的故障電流進入大地提供一個低阻抗通道;

防雷接地 提供泄放大電流的通路;

參考接地 為產(chǎn)品穩(wěn)定可靠工作提供參考電平,為電源和信號提供基準(zhǔn)電位。

安全接地是為了當(dāng)出現(xiàn)一些電氣異常時,為大電流和高電壓提供一個泄放的回路,主要是對電路的一種保護措施。參考地主要是信號地和電源地,是保證電路實現(xiàn)功能的基礎(chǔ)。

2、接地方式
懸浮接地 對一個獨立的與外部沒有接口的系統(tǒng)來說一般也沒有什么問題,但是如果該系統(tǒng)與其他的系統(tǒng)之間存著接口如通訊口和采樣線,那么懸浮接地很容易受到靜電和雷擊的影響,所以一般電子產(chǎn)品大多不采用懸浮接地。

單點接地 當(dāng)f<1MHz時可以選擇單點接地,可分為并聯(lián)單點接地和多級電路串聯(lián)單點接地兩種。

并聯(lián)單點接地:每個電路模塊都接到一個單點地上,每個單元在同一點與參考點相連。

多級電路的串聯(lián)單點接地:將具有類似特性的電路的地連接在一起,形成一個公共點,然后將每一個公共點連接到單點地。

多點接地 當(dāng)f>10MHz時會采用多點接地。 設(shè)備中的電路都就近以接地母線為參考點。

單點接地各電路接在同一點,提供公共電位參考點,沒有共阻抗耦合和低頻地環(huán)路,但對高頻信號存在較大的地阻抗。多點接地為就近接地,每條地線可以很短,提供較低接地阻抗。1MHz~10MHz可根據(jù)實際需要選用哪種接地方法。

混合接地 是綜合單點接地與多點接地的優(yōu)點,對系統(tǒng)中的低頻部分采用單點接地,對系統(tǒng)中高頻部分采用多點接地。

信號線屏蔽接地 有高頻和低頻之分,高頻采用多點接地,低頻電纜采用單點接地。低頻電場屏蔽要求在接收端單點接地,低頻磁場屏蔽要求在兩端接地。多點接地,除在兩端接地外,并以3/20或1/10工作波長的間隔接地。

系統(tǒng)做到良好接地,才能有效的抑制電磁干擾,一個大的系統(tǒng)機柜首先要保證每個面接觸良好,接觸緊湊,其次是機柜內(nèi)部設(shè)備要就近接地,避免二次干擾,就近泄放電磁干擾。接口屏蔽線要進行環(huán)接,再就近接機架。機柜下方設(shè)置接地銅排,系統(tǒng)總地線選用銅帶比較好,對電磁干擾進行很好的泄放,保證了系統(tǒng)的正常運行。

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