电磁兼容

首先,要根据实际情况对产品进行诊断,分析其干扰源所在及其相互干扰的途径和方式。再根据分析结果,有针对性的进行整改。

一般来说主要的整改方法有如下几种。

1、减弱干扰源 在找到干扰源的基础上,可对干扰源进行允许范围内的减弱,减弱源的方法一般有如下方法:

a. 在IC的Vcc和GND之间加去耦电容,该电容的容量在0。01μF棗0。1μF之间,安装时注意电容器的引线,使它越短越好。

b. 在保证灵敏度和信噪比的情况下加衰减器。如VCD、DVD视盘机中的晶振,它对电磁兼容性影响较为严重,减少其幅度就是可行的方法之一,但其不是唯一的解决方法。

c. 还有一个间接的方法就是使信号线远离干扰源。

2、电线电缆的分类整理 在电子设备中,线间耦合是一种重要的途径,也是造成干扰的重要原因,因为频率的因素,可大体分为高频耦合与低频耦合。因耦合方式不同,其整改方法也是不同的,下边分别讨论:

(1)低频耦合 低频耦合是指导线长度等于或小于1/16波长的情况,低频耦合又可分为电场和磁场耦合,电场耦合的物理模型是电容耦合,因此整改的主要目的是减小分布耦合电容或减小耦合量,可采用如下的方法:

a. 增大电路间距是减小分布电容的最有效的方法。
b. 追加高导电性屏蔽罩,并使屏蔽罩单点接地能有效的抑制低频电场干扰。
c. 追加滤波器可减小两电路间的耦合量。
d. 降低输入阻抗,例如CMOS电路的输入阻抗很高,对电场干扰极其敏感,可在允许范围内在输入端并接一个电容或阻值较低的电阻。 磁场耦合的物理模型是电感耦合,其耦合主要是通过线间的分布互感来耦合的,因此整改的主要方法是破坏或减小其耦合量,大体可采用如下的方法:
a 追加滤波器,在追加滤波器时要注意滤波器的输入输出阻抗及其频率响应。
b 减小敏感回路与源回路的环路面积,即尽量使信号线或载流线与其回线靠近或扭绞在一体。
c 增大两电路间距,以便减小线间互感来减低耦合量。
d 若有可能,尽量使敏感回路与源回路平面正交或接近正交来降低两电路的耦合量。
e 用高导磁材料来包扎敏感线,可有效的解决磁场干扰问题,值得注意的是要构成闭和磁路,努力减小磁路的磁阻将会更加有效。
(2)高频耦合 高频耦合是指长于1/4波长的走线由于电路中出现电压和电流的驻波,会使耦合量增强,可采用如下的方法加以解决:
a. 尽量缩短接地线,与外壳接地尽量采用面接触的方式。
b. 重新整理滤波器的输入输出线,防止输入输出线间耦合,确保滤波器的滤波效果不变差。
c. 屏蔽电缆屏蔽层采用多点接地。
d. 将连接器的悬空插针接到地电位,防止其天线效应。

3、改善地线系统 理想的地线是一个零阻抗,零电位的物理实体,它不仅是信号的参考点,而且电流流过时不会产生电压降。在具体的电气电子设备中,这种理想地线是不存在的,当电流流过地线时必然会产生电压降。

据此可根据地线中干扰形成机理可归结为以下两点,
第一,减小低阻抗和电源馈线阻抗。
第二,正确选择接地方式和阻隔地环路,按接地方式来分有悬浮地、单点接地、多点接地、混合接地。如果敏感线的干扰主要来自外部空间或系统外壳,此时可采用悬浮地的方式加以解决,但是悬浮地设备容易产生静电积累,当电荷达到一定程度后,会产生静电放电,所以悬浮地不宜用于一般的电子设备。

单点接地适用于低频电路,为防止工频电流及其他杂散电流在信号地线上各点之间产生地电位差,信号地线与电源及安全地线隔离,在电源线接大地处单点连接。单点接地主要适用于频率低于3MHz的情况。

多点接地是高频信号唯一实用的接地方式,在射频时会呈现传输线特性,为使多点接地的有效性,当接地导体长度超过最高频率1/8波长时,多点接地需要一个等电位接地平面。多点接地适用于300KHz以上。混合接地适用于既然有高频又有低频的电子线路中。

4、屏蔽 屏蔽是提高电子系统和电子设备电磁兼容性能的重要措施之一,它能有效的抑制通过空间传播的各种电磁干扰。屏蔽按机理可分为磁场屏蔽与电场屏蔽及电磁屏蔽。

电场屏蔽应注意以下几点:
a. 选择高导电性能的材料,并且要有良好的接地。
b. 正确选择接地点及合理的形状,最好是屏蔽体直接接地。 磁场屏蔽通常只是指对直流或甚低频磁场的屏蔽,其屏蔽效能远不如电场屏蔽和电磁屏蔽,磁屏蔽往往是工程的重点,磁屏蔽时:
a 要选用铁磁性材料。
b 磁屏蔽体要远离有磁性的元件,防止磁短路。
c 可采用双层屏蔽甚至三层屏蔽。
d 屏蔽体上边的开孔要注意开孔的方向,尽可能使缝的长边平行于磁通流向,使磁路长度增加最少。一般来说,磁屏蔽不需要接地,但为防止电场感应,还是接地为好。电磁场在通过金属或对电磁场有衰减作用的阻挡体时,会受到一定程度的衰减,即产生对电磁场的屏蔽作用。在实际的整改过程中视具体需要而定选择何种屏蔽及屏蔽体的形状、大小、接地方式等。

5、改变电路板的布线结构 有些频率点是通过电路板上走线分布参数所决定的,通过前述方法不大有用,此类整改通过在走线中增加小的电感、电容、磁珠来改变电路参数结构,使其移到限值要求较高的频率点上。对于这类干扰,要想从根本上解决其影响,就要重新布线。

小结:总之前面几种方法对提高电磁兼容性都有好处,但应用最为广泛的是改变地线结构及电线电缆的分类整理的方法,这些方法不仅节约成本,而且是最有效的整改方法。屏蔽虽然会增加成本,但是其所起到的屏蔽效能有时是其它方法无法媲美的。所以,在实际的整改中应以改变地线结构、电线电缆的分类整理、屏蔽的方法为主,以其它方法为辅!

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辐射发射超标

设备的辐射骚扰发射超标有两种可能,一种是设备外壳的屏蔽性能不完善;另一种是射频骚扰经由电源线和其他线缆的逸出。判断方法是,拔掉不必要的电线和电源插头,继续做试验,如果没有任何改善迹象,则应当怀疑是设备外壳屏蔽性能不完善;如果有所改善,则有可能是线缆的问题。如果针对以上两种可能,采取了必要措施,仍然没有任何改进,刚有可能是设备上余下线缆的问题。

传导骚扰发射超标

设备的传导骚扰发射超标,主要是线缆方面的问题,但超标的频率通常都比较低,处理起来常感麻烦。

(1)对电源线的处理

①检查电源线附近有无信号电缆存在,有无可能是因为信号电缆与电源线之间的耦合使用电源线的传导骚扰发射超标(这种情况多见于超标频率的频段较高的情况下)。如果,或拉大两都间的距离,或采用屏蔽措施;

②加装电源线滤波器(如果已经有滤波器,则换用高性能的滤波器),要特别注意安装位置(尽可能放在机箱中电源线入口端)和安装情况,要保证滤波器外壳与机箱搭接良好。接地良好;

③虽经采取措施,设备传导骚扰发射仍未达标(特别是在低频段没有达标)。此时可考虑在设备内部线路连接地端子的地方串入一个电感。由于这部分连接属单点接地,平时无电流流过,因此这个电感可能做得很大,而无须担心有铁芯的饱和问题。采取这一措施的理由是,设备传导骚扰发射测试,实际上是共模电压测试(电源线对大地的骚扰电压测试),电源线上有工作电流流过,故滤波器的滤波电感值受制于工作电流,不能做得很大,滤波器的插入损耗也就有限,特别是低频端的损耗更加有限。新方案里的附加电感正好可以弥补这一缺憾,从面取得更好的传导骚扰的抑制能力。

(2)对信号线的处理

①注意信号线周围有无其它辐射能量(附近的布线及印刷板的布局)被引到信号线上。如有,或拉大两都的距离,或采用屏蔽措施,或考虑改变设备内部布局和印刷板的布局;

②在信号线上套铁氧体磁环(或铁氧体磁夹)

③对信号线进行共模滤波,必要时采用滤波连接器(或滤波阵列板)。注意滤波器的参数,传导骚扰发射超标的频率比辐射骚扰发射超标的频率得低些,因此取用的无件参数应当偏大一些。

抗脉冲群干扰不合格

从脉冲群试验的本意来说,主要是进行共模干扰试验,只是干扰脉冲的波形前沿非常陡峭,持续时间非常短暂,因此含 有极其丰富的高频成分,这就导致在干扰波形的传输过程中,会有一部分干扰从传输的线缆中逸出,这样设备最终受到的传导和辐射的复合干扰。

针对脉冲群干扰,主要采用滤波(电源线和信号线的滤波)及吸收(用铁氧体磁芯来吸收)。采用铁氧体磁芯的摆放位置,就是今后要使用铁氧体磁芯的位置,千万不要随意更改,因为我们一再强调脉冲群干扰不仅仅是一个传导干扰,更麻烦的是它还含有辐射的成分,不同的安装位置,辐射干扰的逸出情况各不相同,难以捉摸。一般将铁氧体磁芯用在干扰的源头和设备的入口处为最有效。

抗浪涌干扰试验不合格

雷击浪涌试验的最大特点是能量特别大,所以采用普通滤波器和铁氧体磁芯来滤波、吸收的方案基本无效,必段使用气体放电管、压敏电阻、硅瞬变压吸收二极管和半导体放电管等专门的浪涌吸收器件才行。

雷击浪涌试验有共模和差模两种,因些浪涌吸收器件的使用要考虑到与试验的对应情况。为显现使用效果,浪涌吸收器件要用在进线入口处。由于浪涌吸收过种中的di/dt特别大,在器件附近不能有信号线和电源线经过,以防止因电磁耦合将干扰引入信号和电源线路。此外,浪涌吸收器件的引脚要短;吸收器件的吸收容量要与浪涌电压和电源的试验等级相匹配。

最后,采用组合式保护方案将能发挥不同保护器件的各自特点,从而取得最好的保护效果。

由射频场感应所引起的传导干扰抗扰度试验不合格

从试验方式看,由射频场感应所引起的传导干扰抗扰度试验是共模试验,在经过前述几项试验(特别是静电放电、射频辐射电磁场和脉冲群试验)后,一般应无大碍,万一有问题,主要是通过对滤波的加强,及改善设备内部的布线和布局来得到解决。

来源:网络

围观 272

1. 截止波导管的注意事项与设计步骤有哪些?

注意事项:
1)绝对不能使导体穿过截止波导管,否则会造成严重的电磁泄漏,这是一个常见错误
2)一定要确保波导管相对于要屏蔽的频率处于截止状态,并且截止频率要远高于(5倍以上)

需要屏蔽的频率设计截止波导管的步骤如下所示:

1) 确定需要屏蔽的最高频率Fmax和屏蔽效能SE

2) 确定截止波导管的截止频率Fc,使fc≥5Fmax

3) 根据Fc,利用计算Fc的方程计算波导管的截面尺寸d

4) 根据d和SE,利用波导管吸收损耗公式计算波导管长度t

2. 构成辐射干扰的三要素是什么?

(1)辐射干扰源向外辐射能量的特性

(2)辐射干扰传输通道,即介质对电磁波能量的损耗程度

(3)辐射干扰接收器的敏感度,方向性,计划性,选择性带宽等

3. 低频磁场屏蔽材料选择原则有哪些?

低频(1000KHz以下)磁场的屏蔽常用高磁导的贴磁材料(如铁、硅钢片),其屏蔽原理是利用铁磁材料的高磁导特性对干扰磁场进行分路。

①为获得更好的磁屏蔽效果,需选用高导磁材料,并要使屏蔽体有足够的厚度,有时需要更多层屏蔽

②用铁磁材料做的屏蔽罩,在垂直磁力线方向不应有开口或缝隙③铁磁材料的屏蔽不能用于高频磁场屏蔽

4. 为何辐射强度伤害常定在30~300MHz?

经查国家标准及军方标准辐射场强密度值在30~300MHz频段均定为1mW/cm2,因为人体在此频段对微波有最大吸收量,如30MHz波长为10m,四分之一波长为2.5m。300MHz波长为1m,四分之一波长为0.25m,依据射频共振原理四分之一波长为共振区,人体对次频段有最大吸收能量,故在此频段内微波对人体伤害最大。

5. 比较三种瞬态干扰的特点有何不同?

(1)脉冲上升时间:ESD—极快,<1ns,EFT—很快,约5ns,浪涌—慢,ms数量级

(2)能量:ESD — 低,EFT(单个脉冲)— 中等,浪涌— 高

(3)电压(负载阻抗高):ESD — 15kV以上,EFT — 10kV以下,浪涌— 10kV

(4)电流(负载阻抗低):ESD —人体放电为几十A,装置放电可达数百A,

EFT—几十A,浪涌—几千A 至上百千安

6. 波导衰减器的原理是什么?主要应用在什么场合?屏蔽效能主要决定于什么?

由电磁场理论可知,波导对于在其内部传播的电磁波,起着高通滤波器的作用,高于截止频率的电磁波才能通过。

屏蔽效能主要决定于波导管的截面形状,截面尺寸,还有波导管的长度和其截止频率。

7. 对较大型开口或通风口如何做好屏蔽?

(1)覆盖金属丝网
将金属丝网覆盖在大面积的通风孔上,能显著地防止电磁泄漏。金属丝网结构简单成本低,通风量较大,适用于屏蔽要求不太高的场合。

(2)穿孔金属板
一般而言,孔洞尺寸愈大,电磁泄漏也就愈大,屏效愈差,为了提高屏蔽效能,可在满足屏蔽体通风量要求的条件下,以多个小孔代替大孔。

(3)截止波导通风孔
金属丝网和穿孔金属板在频率大于100MHZ时,其屏效将大为降低。尤其是当孔眼尺寸不是远小于波长甚至接近于波长时,其泄漏将更为严重。由电磁场理论可知,波导对于在其内部传播的电磁波,起着高通滤波器的作用,高于截止频率的电磁波才能通过。

8. 计算机电磁泄漏的主要途径有哪些?如何防止?

主要途径:
(1)无信息调制的电磁辐射
(2)并行数据信息的电磁辐射
(3)寄生振荡
(4)计算机终端的视频信号辐射
(5)计算机显示器阴极射线管产生的X射线

如何防止:
(1)信号干扰技术
(2)屏蔽技术
(3)低辐射技术

9. 良好搭接的作用是什么?

(1)减少设备间电位差引起的骚扰
(2)减少接地电阻,从而降低接地公共阻抗骚扰和各种地回路骚扰
(3)实现屏蔽,滤波,接地等技术的设计目的
(4)防止雷电放电的危害,保护设备等的安全
(5)防止设备运行期间的静电电荷积累,避免静电放电骚扰。

10. 哪些方法可用于抑制消除共模阻抗耦合?那些方法可用于切断共模地环路?

切断共模地环路方法:
(1)调整接地点的选择
(2)差分平衡电路
(3)隔离变压器
(4)纵向扼流圈
(5)光电耦合器

11. 为何使用双绞线,其对不同频率噪声控制效果如何?

双绞线作为传输线对于抵抗电磁感应干扰有较好的性能,是现代高速计算机与实时控制系统常用的一种传输线,它波阻抗高、体积小、柔软。其适用频率为几到几百兆HZ。

双绞线能够有效地抑制磁场干扰,这不仅是因为双绞线的两根线之间具有很小的回路面积,而且因为双绞线的每两个相邻的回路上感应出的电流具有相反的方向,因此相互抵销。

12. 计算机电磁兼容性设计的三种方法各指什么?最突出的特点和独到之处是什么?请举例说明

硬件法、软件法、软硬件结合法是计算机电磁兼容性设计的三种方法,其中软件法和软硬件结合法是计算机突出的特点和独到之处。

13. 常见的电阻藕合有哪些?

(1)公共地线阻抗产生的藕合干扰。
(2)公共电源内阻产生的藕合干扰。
(3)公共线路阻抗形成的藕合干扰。

14. 请叙述金属板屏蔽体利用传输线原理表征的屏蔽效能。

利用传输线原理,在屏蔽板是薄的无限大平面和入射波为垂直入射的横电磁波条件下成立时,用一段长度为屏蔽板厚度t,特性阻抗为屏蔽本征阻抗的有损耗传输线代替金属屏蔽板:金属板的屏蔽效能SE(dB)为SE=A1+A2+A3

A1—吸收损耗(dB);
A2—第一内边界、第二边界的反射功率损耗之和(dB),A 2=R1+R2;
A3—屏蔽的内表面之间的多次反射的因素(dB)。若A1>15dB时, A3可忽略。

来源:电磁兼容之家

围观 291

1. 电快速脉冲群

由电路中的感性负载断开时产生。其特点不是单个脉冲,是一连串的脉冲,因此,它对电路影响较大。因为一连串的脉冲可以在电路的输入端产生累计效应,使电平干扰的幅度最终超过电路的噪声门限。

2. 吸收滤波器

吸收滤波器是由有耗元件构成的,它通过吸收不需要频率成分的能量(转化为热能)来达到抑制干扰的目的。

3.(对骚扰的)抗扰性

装备、设备或者系统面临电磁骚扰不降低运行性能的能力。

4. 屏蔽原理的传输线理论

将屏蔽壳体比作为传输线,并认为辐射场通过金属时,在外表面被反射一部分,部分在金属内传播:被吸收而受到衰减。

5. 电磁辐射中间区

中间区是指在该环境电磁波强度下长期生活、工作和居住的所有人可能产生潜在性不良反应的区域,该区域内不能建造疗养院、医院、学校和具名住宅,但是可以建造机关和工厂。

6. 瞬态干扰

时间很短,但幅值很大的电磁干扰。

7. 屏蔽原理的涡流效应

电磁波在金属壳体上产生感应涡流,而这些涡流又产生了与原磁场反相的磁场,抵消削弱了原磁场而达到屏蔽作用。

8. 电磁辐射安全区

是指在该环境电磁波强度下长期生活,工作和居住的所行人均不会受到任何有害影响的区域,因此该区域可以建造所有的人的活动场所。

9. SAR——吸收比率

吸收比率或总体能量吸收比吸收率是指单位重量组织中吸收的电磁波功率(w/kg)。

10. SPD

浪涌保护器,是用来限制瞬态过电压和雷电流进行分流的器件,一般至少含有一个非线性元件。

11. 横电电磁波

TEM波:在传播方向上没有电场和磁场分量,称为横电磁波。

12. 公共阻抗耦合

由于两个以上电路有公共阻抗,当两个电路的电流流经一个公共阻抗时,一个电路的电流在该公共阻抗形成的电压就会影响到另一个电路,这就是公共阻抗耦合。

13. 电磁干扰安全余量(EMISM)

敏感度阈值和关键测试点或信号线上的干扰比值。

14. 屏蔽效能

屏蔽体的好坏用屏蔽效能来描述,屏蔽效能表现了屏蔽体对电磁波的衰减程度。屏蔽效能定义为屏蔽前某点的场强与屏蔽后该点的场强之比。用公式表示为:

15. 串模干扰

串模干扰是指干扰电压与有效信号串联叠加后作用到仪表上的。串模干扰通常来自于高压输电线、与信号线平行铺设的电源线及大电流控制线所产生的空间电磁场。

16. 波阻抗

将空间某处的电场和磁场的横向分量的比值称为媒质的波阻抗。

17. 天线效应

任何载有时变电流的导体都能向外辐射电磁场,同样,任何处于电磁场中的导体都能感应出电压。因此,金属导体在某种程度上可起发射天线和接收天线的作用。

18. 共模干扰

相线和地、中线和地之间存在的骚扰信号称为共模骚扰信号。

来源:电磁兼容之家

围观 394

1. 电磁兼容的基本概念?

答:电磁兼容一般指电气及电子设备在共同的电磁环境中能够执行各自功能的共存状态,即要求在同一电磁环境中的上述各种设备都能正常工作,且不对该环境中任何其它设备构成不能承担的电磁骚扰的能力。或者说,电磁兼容是指电子线路、设备、系统相互不影响,从电磁角度具有相容性的状态。

2. 电磁屏蔽的基本概念和原理?

答:电磁屏蔽是以某种材料(导电体或导磁体)制成的屏蔽壳体,将需要屏蔽的区域封闭起来,形成电磁隔离,即其内的电磁场不能越出这一区域,而外来的辐射电磁场不能进入这一区域(或者进入该区域的电磁能量将受到很大的衰减)。

3. 高频、低频磁场屏蔽措施的主要区别?

答:
(1)高频磁场屏蔽采用低电阻率的良导体材料,如铜、铝等。其屏蔽原理是利用电磁感应现象在屏蔽体表面所产生的涡流的反磁场来达到屏蔽的目的。
(2)低频磁场屏蔽常用高磁导率的铁磁材料,如铁、硅钢片坡莫合金。其屏蔽原理是利用铁磁材料的高磁导率对干扰磁场进行分路。

4. 接地的基本概念和作用?

答:
(1)接地是指系统的某一选定点与某个接地面之间建立低阻的导电通路。
(2)接地的作用是为信号电压提供一个稳定的零电位参考点,消除公共阻抗的耦合,保障人身和设备安全

5. 区别电磁骚扰和电磁干扰两个术语的不同。

答:电磁噪声(骚扰):(强调原因和过程)任何可能引起设备或系统性能下降的包磁现象——强调任何可能的电磁危害现象原因。

电磁干扰:(强调的是结果)。

6. EMI、EMS和EMC分别指什么,有何区别?

答:
Electromagnetic Interference,EMI,电磁干扰。
Electromagnetic Susceptibility,EMS,电磁敏感性。
Electromagnetic Compatibility,EMC,电磁兼容。

电气和电子设备在正常运行的同时,也往外发射有用或无用的电磁能量,这些能量会影响其它设备的正常工作,这就是电磁干扰。 对电磁干扰进行分析、设计和验证测试的学科领域就是电磁兼容。 电磁敏感性是指设备、器件或系统因电磁干扰可能导致工作性能下降的特性。

7. 术语解释:静电放电

答:静电放电是指不同静电电位的物体靠近或直接接触是发出的电荷转移

8. 什么是传导耦合?

答:传道耦合是指电磁干扰能量从干扰源沿金属导体传播至被干扰对象(敏感设备)

9. 电磁屏蔽的作用原理是什么?

答:电磁屏蔽是指同时抑制或削弱电场和磁场。电磁屏蔽一般也是指高频交变电磁屏蔽(10kHz ~ 40GHz)。 在频率较低(近场区,近场随着骚扰源的性质不同,电场和磁场的大小有很大差别。高电压小电流骚扰源以电场为主(电准稳态场-忽略了感应电压),磁场骚扰较小(有时可忽略)。低电压高电流骚扰源以磁场骚扰为主(磁准稳态场-忽略了位移电流),电场骚扰较小。 随着频率增高,电磁辐射能力增加,产生辐射电磁场,并趋向于远场骚扰。远场骚扰中的电场骚扰和磁场骚扰都不可忽略,因此需要将电场和磁场同时屏蔽,即电磁屏蔽。

10. 屏蔽体对电磁波的衰减程度用那个物理量来评价?表达式是什么?式中各量的含义是什么?

答:对电、磁场和电磁波产生衰减的作用就是电磁波屏蔽, 屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量:
SE = 20 lg ( E1/ E2 ) , SH = 20 lg ( H1/ H2 ) dB

11. 为什么要接地?接地技术可分为哪几类?

答:接地是抑制电磁干扰、提高电子设备电磁兼容的重要手段之一。 安全接地包括防雷接地、接零保护接地、设备安全接地信号接地包括单点接地、多点接地、混合接地、悬浮接地,单点接地分为并联和串联。

12. 信号接地与安全接地的区别是什么?

答:接地是指在系统的某个选定点与某个电位基准面之间建立一条低阻抗的导电通路。

安全接地是采用低阻抗的导体将用电设备的外壳链接到大地上,是操作人员不致因外壳漏电或静电放电而发生触电危险。

13. 按照滤波机理划分,有反射式滤波器和吸收式滤波器,它们的工作原理是什么?

答:反射滤波器,是由无损耗(理想情况)的电抗元件构成的,主要应用于线路中,主要作用是将阻带频率反射回信号源的电子装置。(通带内提供低串联阻抗和高并联阻抗,阻带内提供大的串联阻抗和小的并联阻抗。)普通的滤波器都是反射滤波器。低通滤波器是电磁兼容技术当中用的最多的一种滤波器,用来控制高频干扰。把有用的频率的信号进行通过,把高于某个频率的信号进行衰减。吸收式滤波器是由有耗器件构成的,在阻带内吸收躁声的能量转化为热损耗,从而起到滤波作用。铁氧体吸收型滤波器是目前应用发展很快的一种低通滤波器。铁氧体是一种由铁、镜、锌氧化物混合而成,具有很高的电阻率,较高的磁导率(约为100一1500) 磁性材料。低频电流可以几乎无衰减地通过铁氧体,高频电流却会受到很大的损耗,转变成热量散发。它可以等效为电阻和电感的串联。电阻值和电感量都是随着频率而变化的

14.针对雷击浪涌可采用哪些元器件?

答:抑制雷击浪涌骚扰的元器件主要有气体放电管(避雷管)、压敏电阻和瞬态抑制二极管(TVS),这些元器件属于对瞬态瞬变脉冲的吸收器。

围观 418

USB接口具有传输速度快,支持热插拔以及连接多个设备的特点,目前已经在各类计算机、消费类产品中广泛应用。

一、 usb接口面临电磁兼容问题

由于usb接口其运行速率较高,容易通过usb连接线缆对外高频辐射超标,同时由于带电热插拔,容易受到瞬间电压冲击和静电干扰。因此我们在产品接口设计时,需要着重从接口滤波设计,防护设计,PCB设计、结构电缆多个方面考虑电磁兼容设计。

本文电磁兼容解决方案主要结合usb2.0接口电路特点,从产品原理图的接口电路出发,提供符合产品实际设计要求的具体的emc设计方案,从而使产品能够满足电磁兼容标准与规格要求,获得良好的emc品质,提升产品的可靠性。

二、 usb接口标准要求

带有usb接口的典型消费类产品,需要满足相关电磁兼容要求,与usb相关的电磁兼容项目要求如下,其他如应用在军品、汽车电子、铁路电子要求则有所不一样,具体请参考相关电磁兼容标准要求。

USB接口电磁兼容(EMC)解决方案

三、原理图emc设计:

USB接口电磁兼容(EMC)解决方案

四、原理图设计要点说明:

4.1滤波设计要点:

L1为共模滤波电感,用于滤除差分信号上的共模干扰;

L2为滤波磁珠,用于滤除为电源上的干扰;

C3、C4为电源滤波电容,滤除电源上的干扰;

C1、C2 为预留设计,注意电容尽量小,如实际影响信号传输,可以不焊接。

4.2防护设计要点:

D1、D2、D3组成usb接口防护电路,能快速泄放静电干扰,避免内部电路遭受静电的干扰。

C5、C6为接口地和数字地之间的跨接电容,典型取值为1000pF,耐压要求达到2KV以上。

4.3 特殊要求:

4.3 R1、R2为限流电阻,差分线之间耦合会影响信号线的外在阻抗,可以用此电阻实现终端最佳匹配,使用时根据实际情况进行调整。

4.4 器件选型要求:

L1为共模电感,共模电感阻抗选择范围为60Ω/100MHz~120Ω/100MHz,典型值选取90Ω/100MHz

L2选用磁珠,磁珠阻抗范围为100Ω/100MHz~1000Ω/100MHz,典型值选取600Ω/100MHz ;磁珠在选取时通流量应符合电路电流的要求,磁珠推荐使用电源用磁珠

C3、C4两个电容在取值时要相差100倍,典型值为1000pF、0.1uF;小电容用滤除电源上的高频干扰,大电容用于滤除电源线上的纹波干扰;

D1、D2、D3选用TVS,TVS反向关断电压为5V。TVS管的结电容对信号传输频率有一定的影响,usb2.0的TVS结电容小于5pF;

C5、C6为接口地和数字地之间的跨接电容,典型取值为1000pF,耐压要求达到2KV以上。

4.5 相关电磁兼容器件选型建议清单

USB接口电磁兼容(EMC)解决方案

五、PCB设计说明

5.1布局设计要点

元器件布局要按照信号流向进行布局;

防护器件要尽可能的靠近接口放置,确保引线电感最小,以保证防护器件能正常的进行防护动作。

应将芯片放置在离地层最近的信号层,并尽量靠近usb插座,缩短差分线走线距离。

5.2布线设计要点

共模电感下方不能走其它信号线。

如果usb接口芯片需串联端电阻或者D线接上拉电阻时.务必将这些电阻尽可能的靠近芯片放置。

将usb差分信号线布在离地层最近的信号层。

保持usb差分线下端地层完整性,如果分割差分线下端的地层,会造成差分线阻抗的不连续性,并会增加外部噪声对差分线的影响。

在usb差分线的布线过程中,应避免在差分线上放置过孔(via),过孔会造成差分线阻抗失配。

保证差分线的线间距在走线过程中的一致性,如果在走线过程中差分线的间距发生改变,会造成差分线阻抗的不连续性。

在绘制差分线的过程中,使用45°弯角或圆弧弯角来代替90°弯角,并尽量在差分线周围的150 mil范围内不要走其他的信号线,特别是边沿比较陡峭的数字信号线更加要注意其走线不能影响usb差分线。

转自:电磁兼容之家

围观 337

随着高频开关电源技术的不断完善和日趋成熟,其在铁路信号供电系统中的应用也在迅速增加。与此同时,高频开关电源自身存在的电磁骚扰(EMI)问题如果处理不好,不仅容易对电网造成污染,直接影响其他用电设备的正常工作,而且传入空间也易形成电磁污染,由此产生了高频开关电源的电磁兼容(EMC)问题。

本文重点对铁路信号电源屏使用的1200W(24V/50A)高频开关电源模块所存在的电磁骚扰超标问题进行分析,并提出改进措施。高频开关电源产生的电磁骚扰可分为传导骚扰和辐射骚扰两大类。传导骚扰通过交流电源传播,频率低于30MHz;辐射骚扰通过空间传播,频率在30~1000MHz。

1、高频开关电源的电路结构

高频开关电源的主拓扑电路原理,如图1所示。

如何解决高频开关电源的电磁兼容问题?

2、高频开关电源电磁骚扰源的分析

在图1a电路中的整流器、功率管Q1,在图1b电路中的功率管Q2~Q5、高频变压器T1、输出整流二极管D1~D2都是高频开关电源工作时产生电磁骚扰的主要骚扰源,具体分析如下。

(1)整流器整流过程产生的高次谐波会沿着电源线产生传导骚扰和辐射骚扰。

(2)开关功率管工作在高频导通和截止的状态,为了降低开关损耗,提高电源功率密度和整体效率,开关管的打开和关断的速度越来越快,一般在几微秒,开关管以这样的速度打开和关断,形成了浪涌电压和浪涌电流,会产生高频高压的尖峰谐波,对空间和交流输入线形成电磁骚扰。

(3)高频变压器T1进行功率变换的同时,产生了交变的电磁场,向空间辐射电磁波,形成了辐射骚扰。变压器的分布电感和电容产生振荡,并通过变压器初次级之间的分布电容耦合到交流输入回路,形成传导骚扰。

(4)在输出电压比较低的情况下,输出整流二极管工作在高频开关状态,也是一种电磁骚扰源。

由于二极管的引线寄生电感、结电容的存在以及反向恢复电流的影响,使之工作在很高的电压和电流变化率下,二极管反向恢复的时间越长,则尖峰电流的影响也越大,骚扰信号就越强,由此产生高频衰减振荡,这是一种差模传导骚扰。

所有产生的这些电磁信号,通过电源线、信号线、接地线等金属导线传输到外部电源形成传导骚扰。通过导线和器件辐射或通过充当天线的互连线辐射的骚扰信号造成辐射骚扰。

3、针对高频开关电源电磁骚扰的电磁兼容设计

(1)开关电源入口加电源滤波器,抑制开关电源所产生的高次谐波。

(2)输入输出电源线上加铁氧体磁环,一方面抑制电源线内的高频共模,另一方面减小通过电源线辐射的骚扰能量。

(3)电源线尽可能靠近地线,以减小差模辐射的环路面积;把输入交流电源线和输出直流电源线分开走线,减小输入输出间的电磁耦合;信号线远离电源线,靠近地线走线,并且走线不要过长,以减小回路的环面积;PCB板上的线条宽度不能突变,拐角采用圆弧过渡,尽量不采用直角或尖角。

(4)对芯片和MOS开关管安装去耦电容,其位置尽可能地靠近并联在器件的电源和接地管脚。

(5)由于接地导线存在Ldi/dt,PCB板和机壳间接地采用铜柱连接,对不适合用铜柱连接的采用较粗的导线,并就近接地。

(6)在开关管以及输出整流二极管两端加RC吸收电路,吸收浪涌电压。

4、高频开关电源电磁骚扰测试曲线

在3m法电波暗室对试验样机进行测试,其L、N线的传导骚扰检测曲线如图2、3所示,辐射骚扰的垂直极化扫描曲线如图4、5所示。

如何解决高频开关电源的电磁兼容问题?

如何解决高频开关电源的电磁兼容问题?

根据铁路客运专线标准规定,传导骚扰限值和辐射骚扰限值如表1、2所示。

如何解决高频开关电源的电磁兼容问题?

本开关电源一次通过了传导骚扰的测试,测试波形如图2、3所示。辐射骚扰高频段230~1000MHz也测试合格,如图5所示。只是在30~200MHz频段范围内的垂直极化指标超标,最大超标20dB,如图4所示。

由测试结果可以看出,通过电磁兼容设计在传导骚扰抑制方面取得了良好效果,在高频段辐射骚扰的设计也达到了预期效果,下面还需对在30~200MHz频段范围内的辐射骚扰进行改进设计。

5、高频开关电源辐射骚扰的改进设计

由图4可以看出,本开关电源存在辐射骚扰超标的现象,为了抑制电磁骚扰而使用铁氧体元件,价格便宜,效果明显。铁氧体元件等效电路是电感L和电阻R组成的串联电路,L和R都是频率的函数。低频时,R很小,L起主要作用,电磁骚扰被反射而受到抑制;高频时,R增大,电磁骚扰被吸收并转换成热能,使高频骚扰大大衰减。不同的铁氧体抑制元件,有不同的最佳抑制频率范围。总之,选择和安装铁氧体元件可参照如下几条:

(1)铁氧体的体积越大,抑制效果越好;
(2)在体积一定时,长而细的形状比短而粗的抑制效果好;
(3)内径越小抑制效果也越好;
(4)横截面越大,越不易饱和;
(5)磁导率越高,抑制的频率就越低;
(6)铁氧体抑制元件应当安装在靠近骚扰源的地方;
(7)在输入、输出导线上安装时,应尽量靠近屏蔽壳的进、出口处。

根据上面对高频开关电源骚扰源和铁氧体元件的分析,决定在靠近骚扰源的地方套磁珠与磁环。图1a中电容C1的接地端套铁氧体磁珠(φ3.5×φ1.3×3.5),图1b中整流二极管D1和D2使用肖特基二极管,其阳极套铁氧体磁珠(φ3.5×φ1.3×3.5),直流输出线缆用铁氧体磁环(φ13.5×φ7.5×7)绕两圈且靠近出口处。经过处理后重新测试,其扫描曲线如图6所示。由此可见,大部分频段的辐射骚扰已被抑制到标准要求以下,但在频率81、138、165kHz附近处仍然超标。

如何解决高频开关电源的电磁兼容问题?

根据对开关电源电磁骚扰源的分析可知,在图1b电路中高频变压器T1也是一个骚扰源。为了阻止高频变压器产生的骚扰信号以辐射方式发射,把变压器的外壳用屏蔽材料铜箔环绕一圈构成一回路加以屏蔽,以切断变压器通过空间耦合形成的辐射骚扰传播途径。并且为了减少因变压器一次侧开通时电流瞬间突变产生的di/dt骚扰,在变压器T1的一次侧串进1个电感,以减小器件的开通损耗,降低辐射骚扰信号。经过整改后,辐射骚扰大大下降,再次对本电源辐射骚扰进行测试,完全达到了标准要求,其测试结果如图7所示。

如何解决高频开关电源的电磁兼容问题?

6、结语

随着高频开关电源等电子产品电磁兼容重要性的凸现,我们应该在产品设计初期阶段,同时进行电磁兼容设计,此时结构和电路方案尚未定型,可选用的方法较多。如果等到生产阶段再去解决,不但给技术和工艺上带来很大难度,而且会造成人力、财力和时间的极大浪费。所以,要走出设计修改法的误区,正确运用系统设计法。

与EMI相关的因素多且复杂,仅做到上述的几点措施是远远不够的,还有接地技术、PCB布局走线等都很重要。电磁兼容的设计任重而道远,我们要不断进行研究探索,使我国的电子产品电磁兼容水平与国际同步。

来源:网络

围观 391

低功耗、高速度、高集成度的LSI电路是成众多电子产品的首要考虑,这也就导致装置比以往任何时候更容易受到电磁干扰的威胁。此外,大功率家电及办公自动化设备的增多,以及移动通信、无线网络的广泛应用等,又大大增加了电磁骚扰源。这些变化迫使人们把电磁兼容作为重要的技术问题加以关注。

电磁兼容

采用一定的技术手段,使同一电磁环境中的各种电子、电气设备都能正常工作,并且不干扰其他设备的正常工作,这就是电磁兼容(ElectromagneticCompatibility,缩写为EMC)。

在国家标准GB/T4365-1995中对电磁兼容严格的定义是:设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。

电磁兼容性包括两方面:电磁干扰(electromagnetic interference ;EMI)、电磁耐受(electromagnetic susceptibility; EMS)。

一文看懂电磁兼容EMC和电磁干扰EMI

EMI指的是电气产品本身通电后,因电磁感应效应所产生的电磁波对周围电子设备所造成的干扰影响;
EMS则是指电气产品本身对外来电磁波的干扰防御能力。
其中EMI包括:CE(传导干扰),RE(辐射干扰),PT(干扰功率测试)等等。
EMS包括:ESD(静电放电),RS(辐射耐受),EFT/B(快速脉冲耐受),surge(雷击),CS(传导耐受)等。
一文看懂电磁兼容EMC和电磁干扰EMI
常见的骚扰源

显然,EMC 设计的目的就是使所设计的电子设备或系统在预期的电磁环境中能够实现电磁兼容。换而言之,就是说设计的电子设备或系统必须能够满足EMC 标准规定的两方面的能力。

常见EMC测试项目

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电磁干扰(EMI)的原理

EMI的产生原因

各种形式的电磁干扰是影响电子设备兼容性的主要原因。因此,了解电磁干扰的产生原因是抑制电磁干扰,提高电子产品电磁兼容性的重要前提。电磁干扰的产生可以分为:

1.内部干扰内部电子元件之间的相互干扰

(1)工作电源通过线路的分布电源和绝缘电阻产生漏电造成的干扰。
(2)信号通过地线、电源和传输导线的阻抗互相耦合,或导线之间的互感造成的影响。
(3)设备或系统内部某些元件发热,影响元件本身及其他元件的稳定性造成的干扰。
(4)大功率和高点压部件产生的磁场、电场通过耦合影响其他部件造成的干扰。

2.外部干扰——电子设备或系统以外的因素对线路、设备或系统的影响。

(1)外部高电压、电源通过绝缘漏电而干扰电子线路、设备或系统。
(2)外部大功率的设备在空间产生很强的磁场,通过互感耦合干扰电子线路、设备或系统。
(3)空间电磁对电子线路或系统产生的干扰。
(4)工作环境温度不稳定,引起电子线路、设备或系统内部元器件参数改变造成的干扰。

电磁干扰的传播途径

1.当干扰源频率较高,且干扰信号波长比被干扰对象结构尺寸小,则干扰信号可认为是辐射场,以平面电磁波形式向外辐射电磁场能量,并进入被干扰对象的通路。
2.干扰信号以漏电和耦合的形式,通过绝缘电介质,经公共阻抗的耦合进入被干扰系统。
3.干扰信号可通过直接传导方式进入系统。

改善电磁兼容性的措施

要改善电子产品的电磁兼容性,接地、屏蔽和滤波是抑制EMI的基本方法。

1.接地

接地就是一个系统内电气与电子元件至地参考点之间的电传导路径。接地除了提供设备的安全保护地以外,还提供设备运行所必需的信号参考地。理想的接地平面是一个零电位、零阻抗的物理体,它可作为电路中所有信号点评的参考点,并且任何干扰信号通过它,都不会产生电压降。但是,理想的接地平面是不存在的,这就需要我们考虑和分析地电位分布,进行接地设计与研究,找出合适的接地电位。

一文看懂电磁兼容EMC和电磁干扰EMI

接地的方式可分为:浮地、单点接地、多点接地、混合接地。对于电路系统来说可选择:电路接地、电源接地和信号接地等方法。

2.屏蔽

屏蔽就是用导电或电磁体的封闭面将其内外两侧空间进行电磁性隔离。主要抑制过空间的辐射干扰。分为电磁屏蔽、电场屏蔽和磁场屏蔽。

屏蔽的设计既可以针对干扰源,也可以针对被干扰体。对于干扰源,设计屏蔽部分可以使其减小对周边其他设备的影响

对于被干扰体,则可减小外界干扰电磁波对本设备的影响。

主动屏蔽:把干扰源置于屏蔽体之内,防止电磁能量和干扰信号泄漏到外部空间。
被动屏蔽:把敏感设备置于屏蔽体内,使其不受外部干扰的影响。

3.滤波

滤波的含义是指从混有噪声或干扰的原信号中,提取到有用信号的一门技术,滤波器是实现滤波的元器件。

事实上,器件在工作时,也会产生各种各样的噪声。开关电源就是一种很强的干扰源,它产生的EMI信号即占有很宽的频率范围,又具有较大的振幅。这些噪声随着信号的传播,对下一级的元器件产生了干扰,这样的干扰一级级的累积,最终可能导致整个电路的不正常工作。假设在产生噪声大,对下级器件干扰明显的器件输出信号之后做一次滤波,将噪声信号滤掉,它对下级产生的干扰便会降低,系统便能稳定的工作。

EMC滤波器的分类

① 反射式滤波器
由电感器和电容器组成,利用反射或旁路,使干扰信号不能通过。

② 损耗滤波器
选用具有高损耗系数或高损耗角正切的材料,把高频电磁能量通过涡流转换成热能。
例如:铁氧体管,铁氧体磁环,磁环扼流圈等。

③ 有源滤波器
使用晶体管等有源器件,以较小的体积和重量可以提供较大值的等效L和C。
有源电感滤波器:用晶体管模拟电感线圈的频率特性(f越高,阻抗越大)。
有源电容滤波器:用晶体管模拟电容器的频率特性(f越高,阻抗越小)。
对消滤波器(陷波器):能产生与干扰信号幅度相同,相位相反(差180°)的电流,把干扰信号抵消。

电磁兼容认证

产品的EMC认证是依据产品的电磁兼容标准和相应的技术要求,经过认证机构测试确认,并通过颁发认证证书和认证标志来证明某一产品符合相应标准和相应技术的要求。

在我国EMC认证已纳入3C认证范围(中国强制认证,英文名称为“China Compulsory Certification”,英文缩写为“CCC”,也可简称为“3C”),国家对有强制性电磁兼容国家标准或强制性电磁兼容行业标准以及标准中有电磁兼容强制条款的产品实行安全认证制度,对这些实施电磁兼容安全认证的产品在进入流通领域实施强制性监督管理(没有进行电磁兼容安全认证就不能进入流通领域)。

对有推荐性电磁兼容国家标准或推荐性电磁兼容行业标准的产品实行合格认证制度,企业可以根据自愿的原则向认证机构申请认证。

一文看懂电磁兼容EMC和电磁干扰EMI
中国3C认证标志

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CE认证标志(欧共体)

EMC认证机构:中国电磁兼容认证委员会 (CEMC)
一文看懂电磁兼容EMC和电磁干扰EMI

认证测试必须在国家技术监督局认可的EMC测试机构进行。

电磁兼容技术包括了对电磁学、电子学、材料学、等多方面知识的综合。随着电子产品的日益普及以及对电磁危害的逐渐认识,减小电磁干扰已经成为了目前电子科学界的重要课题,如今的电路都已集成化、模块化,所以现在的电路分析和设计也可以说成是系统的分析和设计,相信对这门技术的深入研究会对今后的电子产品性能的提高有显著影响。

来源: eechina.com

围观 439

随着单片机系统越来越广泛地应用于消费类电子、医疗、工业自动化、智能化仪器仪表、航空航天等各领域,单片机系统面临着电磁干扰(EMI)日益严重的威胁。电磁兼容性(EMC)包含系统的发射和敏感度两方面的问题。

如果一个单片机系统符合下面三个条件,则该系统是电磁兼容的:
① 对其它系统不产生干扰;
② 对其它系统的发射不敏感;
③ 对系统本身不产生干扰。

假若干扰不能完全消除,但也要使干扰减少到最小。干扰的产生不是直接的(通过导体、公共阻抗耦合等),就是间接的(通过串扰或辐射耦合)。电磁干扰的产生是通过导体和通过辐射,很多电磁发射源,如光照、继电器、DC电机和日光灯都可引起干扰;AC电源线、互连电缆、金属电缆和子系统的内部电路也都可能产生辐射或接收到不希望的信号。在高速单片机系统中,时钟电路通常是宽带噪声的最大产生源,这些电路可产生高达300 MHz的谐波失真,在系统中应该把它们去掉。另外,在单片机系统中,最容易受影响的是复位线、中断线和控制线。

1 干扰的耦合方式

(1) 传导性EMI
一种最明显而往往被忽略的能引起电路中噪声的路径是经过导体。一条穿过噪声环境的导线可捡拾噪声并把噪声送到其它电路引起干扰。设计人员必须避免导线捡拾噪声和在噪声引起干扰前,用去耦办法除去噪声。最普通的例子是噪声通过电源线进入电路。若电源本身或连接到电源的其它电路是干扰源,则在电源线进入电路之前必须对其去耦。

(2) 公共阻抗耦合
当来自两个不同电路的电流流经一个公共阻抗时就会产生共阻抗耦合。阻抗上的压降由两个电路决定,来自两个电路的地电流流经共地阻抗。电路1的地电位被地电流2调制,噪声信号或DC补偿经共地阻抗从电路2耦合到电路1。

(3) 辐射耦合
经辐射的耦合通称串扰。串扰发生在电流流经导体时产生电磁场,而电磁场在邻近的导体中感应瞬态电流。

(4) 辐射发射
辐射发射有两种基本类型:差分模式(DM)和共模(CM)。共模辐射或单极天线辐射是由无意的压降引起的,它使电路中所有地连接抬高到系统地电位之上。就电场大小而言,CM辐射是比DM辐射更为严重的问题。为使CM辐射最小,必须用切合实际的设计使共模电流降到零。

2 影响EMC的因数

① 电压。电源电压越高,意味着电压振幅越大,发射就更多,而低电源电压影响敏感度。
② 频率。高频产生更多的发射,周期性信号产生更多的发射。在高频单片机系统中,当器件开关时产生电流尖峰信号;在模拟系统中,当负载电流变化时产生电流尖峰信号。
③ 接地。在所有EMC问题中,主要问题是不适当的接地引起的。有三种信号接地方法:单点、多点和混合。在频率低于1 MHz时,可采用单点接地方法,但不适于高频;在高频应用中,最好采用多点接地。混合接地是低频用单点接地,而高频用多点接地的方法。地线布局是关键,高频数字电路和低电平模拟电路的地回路绝对不能混合。
④ PCB设计。适当的印刷电路板(PCB)布线对防止EMI是至关重要的。
⑤ 电源去耦。当器件开关时,在电源线上会产生瞬态电流,必须衰减和滤掉这些瞬态电流。来自高di/dt源的瞬态电流导致地和线迹“发射”电压,高di/dt 产生大范围高频电流,激励部件和线缆辐射。流经导线的电流变化和电感会导致压降,减小电感或电流随时间的变化可使该压降最小。

3 印刷电路板(PCB)的电磁兼容性设计

PCB是单片机系统中电路元件和器件的支撑件,它提供电路元件和器件之间的电气连接。随着电子技术的飞速发展,PCB的密度越来越高。PCB设计的好坏对单片机系统的电磁兼容性影响很大,实践证明,即使电路原理图设计正确,印刷电路板设计不当,也会对单片机系统的可靠性产生不利影响。例如,如果印刷板两条细平行线靠得很近,则会形成信号波形的延迟,在传输线的终端形成反射噪声。因此,在设计印刷电路板的时候,应注意采用正确的方法,遵守PCB设计的一般原则,并应符合抗干扰设计的要求。

3.1 PCB设计的一般原则

要使电子电路获得最佳性能,元器件的布局及导线的布设是很重要的。为了设计质量好、成本低的PCB,应遵循以下一般性原则。

(1) 特殊元器件布局
首先,要考虑PCB尺寸的大小:PCB尺寸过大时,印刷线条长,阻抗增加,抗噪声能力下降,成本也增加;过小,则散热不好,且邻近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后,再确定特殊元器件的位置。最后,根据电路的功能单元,对电路的全部元器件进行布局。

在确定特殊元器件的位置时要遵守以下原则:
① 尽可能缩短高频元器件之间的连线,设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近,输入和输出元件应尽量远离。
② 某些元器件或导线之间可能有较高的电位差,应加大它们之间的距离,以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。
③ 重量超过15 g的元器件,应当用支架加以固定,然后焊接。那些又大又重、发热量多的元器件,不宜装在印刷板上,而应装在整机的机箱底板上,且应考虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。
④ 对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局,应考虑整机的结构要求。若是机内调节,应放在印刷板上方便调节的地方;若是机外调节,其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。
⑤ 留出印刷板定位孔及固定支架所占用的位置。

(2) 一般元器件布局
根据电路的功能单元,对电路的全部元器件进行布局时,要符合以下原则:
① 按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置,使布局便于信号流通,并使信号尽可能保持一致的方向。
② 以每个功能电路的核心元件为中心,围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上,尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。
③ 在高频下工作的电路,要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列,这样,不但美观,而且装焊容易,易于批量生产。
④ 位于电路板边缘的元器件,离电路板边缘一般不小于2 mm。电路板的最佳形状为矩形。长宽比为3:2或4:3。电路板面尺寸大于200 mm&TImes;150 mm时,应考虑电路板所受的机械强度。

(3) 布线
布线的原则如下:
① 输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行,最好加线间地线,以免发生反馈耦合。
② 印刷板导线的最小宽度主要由导线与绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定。当铜箔厚度为0.5 mm、宽度为1~15 mm时,通过2 A的电流,温升不会高于3℃。因此,导线宽度为1.5 mm可满足要求。对于集成电路,尤其是数字电路,通常选0.02~0.3 mm导线宽度。当然,只要允许,还是尽可能用宽线,尤其是电源线和地线。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路,尤其是数字电路,只要工艺允许,可使间距小于0.1~0.2 mm。
③ 印刷导线拐弯处一般取圆弧形,而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。此外,尽量避免使用大面积铜箔,否则,长时间受热时,易发生铜箔膨胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时,最好用栅格状,这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。

(4) 焊盘
焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些。焊盘太大易形成虚焊。焊盘外径D一般不小于(d+1.2) mm,其中d为引线孔径。对高密度的数字电路,焊盘最小直径可取(d+1.0) mm。

3.2 PCB及电路抗干扰措施

印刷电路板的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系,这里仅就PCB抗干扰设计的几项常用措施作一些说明。

(1) 电源线设计
根据印刷线路板电流的大小,尽量加粗电源线宽度,减少环路电阻;同时,使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致,这样有助于增强抗噪声能力。kx6电子技术吧

(2) 地线设计
在单片机系统设计中,接地是控制干扰的重要方法。如能将接地和屏蔽正确结合起来使用,可解决大部分干扰问题。单片机系统中地线结构大致有系统地、机壳地(屏蔽地)、数字地(逻辑地)和模拟地等。在地线设计中应注意以下几点:
① 正确选择单点接地与多点接地。在低频电路中,信号的工作频率小于1 MHz,它的布线和器件间的电感影响较小,而接地电路形成的环流对干扰影响较大,因而应采用一点接地的方式。当信号工作频率大于10 MHz时,地线阻抗变得很大,此时应尽量降低地线阻抗,应采用就近多点接地。当工作频率在1~10MHz时,如果采用一点接地,其地线长度不应超过波长的 1/20,否则应采用多点接地法。
② 数字地与模拟地分开。电路板上既有高速逻辑电路,又有线性电路,应使它们尽量分开,而两者的地线不要相混,分别与电源端地线相连。低频电路的地应尽量采用单点并联接地,实际布线有困难时可部分串联后再并联接地;高频电路宜采用多点串联接地,地线应短而粗。高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔,要尽量加大线性电路的接地面积。
③ 接地线应尽量加粗。若接地线用很细的线条,则接地电位会随电流的变化而变化,致使电子产品的定时信号电平不稳,抗噪声性能降低。因此应将接地线尽量加粗,使它能通过三倍于印刷电路板的允许电流。如有可能,接地线的宽度应大于3 mm。
④ 接地线构成闭环路。设计只由数字电路组成的印刷电路板的地线系统时,将接地线做成闭路可以明显地提高抗噪声能力。其原因在于:印刷电路板上有很多集成电路元件,尤其遇有耗电多的元件时,因受接地线粗细的限制,会在地线上产生较大的电位差,引起抗噪能力下降;若将接地线构成环路,则会缩小电位差值,提高电子设备的抗噪声能力。

(3) 退耦电容配置
PCB设计的常规做法之一,是在印刷板的各个关键部位配置适当的退耦电容。退耦电容的一般配置原则是:
① 电源输入端跨接10~100μF的电解电容器。如有可能,接100μF以上的更好。
② 原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01 pF的瓷片电容。如遇印刷板空隙不够,可每4~8个芯片布置一个1~10 pF的钽电容。
③ 对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的器件,如RAM、ROM存储器件,应在芯片的电源线和地线之间直接接入退耦电容。
④ 电容引线不能太长,尤其是高频旁路电容不能有引线。
此外,还应注意以下两点:
① 在印刷板中有接触器、继电器、按钮等元件时,操作它们时均会产生较大火花放电,必须采用RC电路来吸收放电电流。一般R取1~2 kΩ,C取2.2~47μF。
② CMOS的输入阻抗很高,且易受感应,因此在使用时,对不用端要接地或接正电源。

(4) 振荡器
几乎所有的单片机都有一个耦合于外部晶体或陶瓷谐振器的振荡器电路。在PCB上,要求外接电容、晶体或陶瓷谐振器的引线越短越好。RC振荡器对干扰信号有潜在的敏感性,它能产生很短的时钟周期,因而最好选晶体或陶瓷谐振器。另外,石英晶体的外壳要接地。

(5) 防雷击措施
室外使用的单片机系统或从室外架空引入室内的电源线、信号线,要考虑系统的防雷击问题。常用的防雷击器件有:气体放电管、TVS(Transient Voltage Suppression)等。气体放电管是当电源电压大于某一数值时,通常为数十V或数百V,气体击穿放电,将电源线上强冲击脉冲导入大地。TVS可以看成两个并联且方向相反的齐纳二极管,当两端电压高于某一值时导通。其特点是可以瞬态通过数百乃至上千A的电流。

结语

为了提高单片机系统的电磁兼容性,不仅要合理设计PCB板,而且要在电路结构上及软件中采取相应的措施。实践表明,在单片机系统的设计、制造、安装和运行的各个阶段,都需要考虑其电磁兼容性,只有这样,才能保证系统长期稳定、可靠、安全地运行。

来源: 21ic

围观 365

随着单片机系统越来越广泛地应用于消费类电子、医疗、工业自动化、智能化仪器仪表、航空航天等各领域,单片机系统面临着电磁干扰(EMI)日益严重的威胁。电磁兼容性(EMC)包含系统的发射和敏感度两方面的问题。如果一个单片机系统符合下面三个条件,则该系统是电磁兼容的:

① 对其它系统不产生干扰;
② 对其它系统的发射不敏感;
③ 对系统本身不产生干扰。

假若干扰不能完全消除,但也要使干扰减少到最小。干扰的产生不是直接的(通过导体、公共阻抗耦合等),就是间接的(通过串扰或辐射耦合)。电磁干扰的产生是通过导体和通过辐射,很多电磁发射源,如光照、继电器、DC电机和日光灯都可引起干扰;AC电源线、互连电缆、金属电缆和子系统的内部电路也都可能产生辐射或接收到不希望的信号。在高速单片机系统中,时钟电路通常是宽带噪声的最大产生源,这些电路可产生高达300 MHz的谐波失真,在系统中应该把它们去掉。另外,在单片机系统中,最容易受影响的是复位线、中断线和控制线。

1 干扰的耦合方式

(1) 传导性EMI
一种最明显而往往被忽略的能引起电路中噪声的路径是经过导体。一条穿过噪声环境的导线可捡拾噪声并把噪声送到其它电路引起干扰。设计人员必须避免导线捡拾噪声和在噪声引起干扰前,用去耦办法除去噪声。最普通的例子是噪声通过电源线进入电路。若电源本身或连接到电源的其它电路是干扰源,则在电源线进入电路之前必须对其去耦。

(2) 公共阻抗耦合
当来自两个不同电路的电流流经一个公共阻抗时就会产生共阻抗耦合。阻抗上的压降由两个电路决定,来自两个电路的地电流流经共地阻抗。电路1的地电位被地电流2调制,噪声信号或DC补偿经共地阻抗从电路2耦合到电路1。

(3) 辐射耦合
经辐射的耦合通称串扰。串扰发生在电流流经导体时产生电磁场,而电磁场在邻近的导体中感应瞬态电流。

(4) 辐射发射
辐射发射有两种基本类型:差分模式(DM)和共模(CM)。共模辐射或单极天线辐射是由无意的压降引起的,它使电路中所有地连接抬高到系统地电位之上。就电场大小而言,CM辐射是比DM辐射更为严重的问题。为使CM辐射最小,必须用切合实际的设计使共模电流降到零。

2 影响EMC的因数

① 电压。电源电压越高,意味着电压振幅越大,发射就更多,而低电源电压影响敏感度。
② 频率。高频产生更多的发射,周期性信号产生更多的发射。在高频单片机系统中,当器件开关时产生电流尖峰信号;在模拟系统中,当负载电流变化时产生电流尖峰信号。
③ 接地。在所有EMC问题中,主要问题是不适当的接地引起的。有三种信号接地方法:单点、多点和混合。在频率低于1 MHz时,可采用单点接地方法,但不适于高频;在高频应用中,最好采用多点接地。混合接地是低频用单点接地,而高频用多点接地的方法。地线布局是关键,高频数字电路和低电平模拟电路的地回路绝对不能混合。
④ PCB设计。适当的印刷电路板(PCB)布线对防止EMI是至关重要的。
⑤ 电源去耦。当器件开关时,在电源线上会产生瞬态电流,必须衰减和滤掉这些瞬态电流。来自高di/dt源的瞬态电流导致地和线迹“发射”电压,高di/dt 产生大范围高频电流,激励部件和线缆辐射。流经导线的电流变化和电感会导致压降,减小电感或电流随时间的变化可使该压降最小。

3 印刷电路板(PCB)的电磁兼容性设计

PCB是单片机系统中电路元件和器件的支撑件,它提供电路元件和器件之间的电气连接。随着电子技术的飞速发展,PCB的密度越来越高。PCB设计的好坏对单片机系统的电磁兼容性影响很大,实践证明,即使电路原理图设计正确,印刷电路板设计不当,也会对单片机系统的可靠性产生不利影响。例如,如果印刷板两条细平行线靠得很近,则会形成信号波形的延迟,在传输线的终端形成反射噪声。因此,在设计印刷电路板的时候,应注意采用正确的方法,遵守PCB设计的一般原则,并应符合抗干扰设计的要求。

3.1 PCB设计的一般原则
要使电子电路获得最佳性能,元器件的布局及导线的布设是很重要的。为了设计质量好、成本低的PCB,应遵循以下一般性原则。

(1) 特殊元器件布局
首先,要考虑PCB尺寸的大小:PCB尺寸过大时,印刷线条长,阻抗增加,抗噪声能力下降,成本也增加;过小,则散热不好,且邻近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后,再确定特殊元器件的位置。最后,根据电路的功能单元,对电路的全部元器件进行布局。

在确定特殊元器件的位置时要遵守以下原则:
① 尽可能缩短高频元器件之间的连线,设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近,输入和输出元件应尽量远离。
② 某些元器件或导线之间可能有较高的电位差,应加大它们之间的距离,以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。
③ 重量超过15 g的元器件,应当用支架加以固定,然后焊接。那些又大又重、发热量多的元器件,不宜装在印刷板上,而应装在整机的机箱底板上,且应考虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。
④ 对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局,应考虑整机的结构要求。若是机内调节,应放在印刷板上方便调节的地方;若是机外调节,其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。
⑤ 留出印刷板定位孔及固定支架所占用的位置。

(2) 一般元器件布局
根据电路的功能单元,对电路的全部元器件进行布局时,要符合以下原则:
① 按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置,使布局便于信号流通,并使信号尽可能保持一致的方向。
② 以每个功能电路的核心元件为中心,围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上,尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。
③ 在高频下工作的电路,要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列,这样,不但美观,而且装焊容易,易于批量生产。
④ 位于电路板边缘的元器件,离电路板边缘一般不小于2 mm。电路板的最佳形状为矩形。长宽比为3:2或4:3。电路板面尺寸大于200 mm&TImes;150 mm时,应考虑电路板所受的机械强度。
(3) 布线

布线的原则如下:
① 输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行,最好加线间地线,以免发生反馈耦合。
② 印刷板导线的最小宽度主要由导线与绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定。当铜箔厚度为0.5 mm、宽度为1~15 mm时,通过2 A的电流,温升不会高于3℃。因此,导线宽度为1.5 mm可满足要求。对于集成电路,尤其是数字电路,通常选0.02~0.3 mm导线宽度。当然,只要允许,还是尽可能用宽线,尤其是电源线和地线。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路,尤其是数字电路,只要工艺允许,可使间距小于0.1~0.2 mm。
③ 印刷导线拐弯处一般取圆弧形,而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。此外,尽量避免使用大面积铜箔,否则,长时间受热时,易发生铜箔膨胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时,最好用栅格状,这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。

(4) 焊盘
焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些。焊盘太大易形成虚焊。焊盘外径D一般不小于(d+1.2) mm,其中d为引线孔径。对高密度的数字电路,焊盘最小直径可取(d+1.0) mm。

3.2 PCB及电路抗干扰措施
印刷电路板的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系,这里仅就PCB抗干扰设计的几项常用措施作一些说明。

(1) 电源线设计
根据印刷线路板电流的大小,尽量加粗电源线宽度,减少环路电阻;同时,使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致,这样有助于增强抗噪声能力。kx6电子技术吧

(2) 地线设计
在单片机系统设计中,接地是控制干扰的重要方法。如能将接地和屏蔽正确结合起来使用,可解决大部分干扰问题。单片机系统中地线结构大致有系统地、机壳地(屏蔽地)、数字地(逻辑地)和模拟地等。在地线设计中应注意以下几点:
① 正确选择单点接地与多点接地。在低频电路中,信号的工作频率小于1 MHz,它的布线和器件间的电感影响较小,而接地电路形成的环流对干扰影响较大,因而应采用一点接地的方式。当信号工作频率大于10 MHz时,地线阻抗变得很大,此时应尽量降低地线阻抗,应采用就近多点接地。当工作频率在1~10MHz时,如果采用一点接地,其地线长度不应超过波长的 1/20,否则应采用多点接地法。
② 数字地与模拟地分开。电路板上既有高速逻辑电路,又有线性电路,应使它们尽量分开,而两者的地线不要相混,分别与电源端地线相连。低频电路的地应尽量采用单点并联接地,实际布线有困难时可部分串联后再并联接地;高频电路宜采用多点串联接地,地线应短而粗。高频元件周围尽量
用栅格状大面积地箔,要尽量加大线性电路的接地面积。
③ 接地线应尽量加粗。若接地线用很细的线条,则接地电位会随电流的变化而变化,致使电子产品的定时信号电平不稳,抗噪声性能降低。因此应将接地线尽量加粗,使它能通过三倍于印刷电路板的允许电流。如有可能,接地线的宽度应大于3 mm。
④ 接地线构成闭环路。设计只由数字电路组成的印刷电路板的地线系统时,将接地线做成闭路可以明显地提高抗噪声能力。其原因在于:印刷电路板上有很多集成电路元件,尤其遇有耗电多的元件时,因受接地线粗细的限制,会在地线上产生较大的电位差,引起抗噪能力下降;若将接地线构成环路,则会缩小电位差值,提高电子设备的抗噪声能力。

(3) 退耦电容配置
PCB设计的常规做法之一,是在印刷板的各个关键部位配置适当的退耦电容。退耦电容的一般配置原则是:
① 电源输入端跨接10~100μF的电解电容器。如有可能,接100μF以上的更好。
② 原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01 pF的瓷片电容。如遇印刷板空隙不够,可每4~8个芯片布置一个1~10 pF的钽电容。
③ 对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的器件,如RAM、ROM存储器件,应在芯片的电源线和地线之间直接接入退耦电容。
④ 电容引线不能太长,尤其是高频旁路电容不能有引线。

此外,还应注意以下两点:
① 在印刷板中有接触器、继电器、按钮等元件时,操作它们时均会产生较大火花放电,必须采用RC电路来吸收放电电流。一般R取1~2 kΩ,C取2.2~47μF。
② CMOS的输入阻抗很高,且易受感应,因此在使用时,对不用端要接地或接正电源。

(4) 振荡器
几乎所有的单片机都有一个耦合于外部晶体或陶瓷谐振器的振荡器电路。在PCB上,要求外接电容、晶体或陶瓷谐振器的引线越短越好。RC振荡器对干扰信号有潜在的敏感性,它能产生很短的时钟周期,因而最好选晶体或陶瓷谐振器。另外,石英晶体的外壳要接地。

(5) 防雷击措施
室外使用的单片机系统或从室外架空引入室内的电源线、信号线,要考虑系统的防雷击问题。常用的防雷击器件有:气体放电管、TVS(Transient Voltage Suppression)等。气体放电管是当电源电压大于某一数值时,通常为数十V或数百V,气体击穿放电,将电源线上强冲击脉冲导入大地。TVS可以看成两个并联且方向相反的齐纳二极管,当两端电压高于某一值时导通。其特点是可以瞬态通过数百乃至上千A的电流。

结语

为了提高单片机系统的电磁兼容性,不仅要合理设计PCB板,而且要在电路结构上及软件中采取相应的措施。实践表明,在单片机系统的设计、制造、安装和运行的各个阶段,都需要考虑其电磁兼容性,只有这样,才能保证系统长期稳定、可靠、安全地运行。

来源:网络

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