EMC大放送 電磁兼容設計及測試技巧

    2014-08-20 11:46 來源:電子信息網 作者:云際

    在我們的日常生活離不開電磁,日益惡化的電磁環境,不得不讓我們關注其設備的工作環境從而考慮到電磁環境對電子設備的影響,這對于從事電源行業的朋友們來說,從設計工作開始就要加入電磁兼容(EMC)方面的設計,才能使電子設備提供更可靠的工作。

    電磁兼容(EMC)設計主要包含浪涌(沖擊)抗擾度、振鈴波浪涌抗擾度、電快速瞬變脈沖群抗擾度、電壓暫降、短時中斷和電壓變化抗擾度、工頻電源諧波抗擾度、靜電抗擾度、射頻電磁場輻射抗擾度、工頻磁場抗擾度、脈沖磁場抗擾度、傳導騷擾、輻射騷擾、射頻場感應的傳導抗擾度等相關設計。

    電磁干擾的主要形式

    電磁干擾主要是通過傳導和輻射方式進入系統,影響系統工作,其他的方式還有共阻抗耦合和感應耦合。

    傳導:傳導耦合即通過導電媒質將一個電網絡上的騷擾耦合到另一個電網絡上,屬頻率較低的部分(低于30MHz)。在我們的產品中傳導耦合的途徑通常包括電源線、信號線、互連線、接地導體等。

    輻射:通過空間將一個電網絡上的騷擾耦合到另一個電網絡上,屬頻率較高的部分(高于30MHz)。輻射的途徑通過空間傳遞,在我們電路中引入和產生的輻射干擾主要是各種導線形成的天線效應。

    共阻抗耦合:當兩個以上不同電路的電流流過公共阻抗時出現的相互干擾。在電源線和接地導體上傳導的騷擾電流,多以這種方式引入到敏感電路。

    感應耦合:通過互感原理,將在一條回路里傳輸的電信號,感應到另一條回路對其造成干擾。分為電感應和磁感應兩種。

    對這幾種途徑產生的干擾我們應采用的相應對策:傳導采取濾波(如我們設計中每個IC的片頭電容就是起濾波作用),輻射干擾采用減少天線效應(如信號貼近地線走)、屏蔽和接地等措施,就能夠大大提高產品的抵抗電磁干擾的能力,也可以有效的降低對外界的電磁干擾。

    電磁兼容設計

    1、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。

    (1)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,在設計允許的范圍內延時大(通常所說的速度慢)特性好一些,靜態電流小、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。

    (2)無源器件選型

    無源器件在我們的應用中通常包括電阻、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。無源器件在某些頻率下,會表現出不同特性,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,根據設計原理,選用各種溫度特性的器件。

    2、印制板設計

    印制板設計時,要考慮到干擾對系統的影響,將電路的模擬部分和數字部分的電路嚴格分開,對核心電路重點防護,將系統地線環繞,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,設計隔離電源,分析容易產生干擾的部分(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計參見圖1:

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    圖1 采樣電路設計

    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。

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    電磁兼容 EMC

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