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          電磁兼容EMC設(shè)計及測試技巧

          作者: 時間:2012-03-31 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          當前,日益惡化的電磁環(huán)境,使我們逐漸關(guān)注設(shè)備的工作環(huán)境,日益關(guān)注電磁環(huán)境對電子設(shè)備的影響,從設(shè)計開始,融入設(shè)計,使電子設(shè)備更可靠的工作。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/194173.htm

          設(shè)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(yīng)的傳導抗擾度等相關(guān)設(shè)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(tǒng),影響系統(tǒng)工作,其他的方式還有共阻抗耦合和感應(yīng)耦合。

          傳導:傳導耦合即通過導電媒質(zhì)將一個電網(wǎng)絡(luò)上的騷擾耦合到另一個電網(wǎng)絡(luò)上,屬頻率較低的部分(低于30MHz)。在我們的產(chǎn)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(wǎng)絡(luò)上的騷擾耦合到另一個電網(wǎng)絡(luò)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(chǎn)生的輻射干擾主要是各種導線形成的天線效應(yīng)。

          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(xiàn)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(yīng)耦合:通過互感原理,將在一條回路里傳輸?shù)碾娦盘?,感?yīng)到另一條回路對其造成干擾。分為電感應(yīng)和磁感應(yīng)兩種。

          對這幾種途徑產(chǎn)生的干擾我們應(yīng)采用的相應(yīng)對策:傳導采取濾波(如我們設(shè)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(yīng)(如信號貼近地線走)、屏蔽和接地等措施,就能夠大大提高產(chǎn)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。

          設(shè)計

          對于一個新項目的研發(fā)設(shè)計過程,電磁兼容設(shè)計需要貫穿整個過程,在設(shè)計中考慮到電磁兼容方面的設(shè)計,才不致于返工,避免重復研發(fā),可以縮短整個產(chǎn)品的上市時間,提高企業(yè)的效益。

          一個項目從研發(fā)到投向市場需要經(jīng)過需求分析、項目立項、項目概要設(shè)計、項目詳細設(shè)計、樣品試制、功能、電磁兼容、項目投產(chǎn)、投向市場等幾個階段。

          在需求分析階段,要進行產(chǎn)品市場分析、現(xiàn)場調(diào)研,挖掘?qū)椖坑杏眯畔?,整合項目發(fā)展前景,詳細整理項目產(chǎn)品工作環(huán)境,實地考察安裝位置,是否對安裝有所限制空間,工作環(huán)境是否特殊,是否有腐蝕、潮濕、高溫等,周圍設(shè)備的工作情況,是否有惡劣的電磁環(huán)境,是否受限與其他設(shè)備,產(chǎn)品的研制成功能否大大提高生產(chǎn)效率,或者能否給人們的生活或工作環(huán)境帶來很大的方便,操作使用方式能否容易被人們所接受,這就要求項目產(chǎn)品要滿足現(xiàn)場功能需要、易于操作等,最后要整理詳細的需求分析報告,以供需求評審。

          經(jīng)過企業(yè)內(nèi)部相關(guān)負責人的評審之后,完善需求分析報告,然后是項目立項,項目立項需要組建項目組,把軟件、硬件、結(jié)構(gòu)、等人員安排到項目組中,分配各自的職責。項目開發(fā)的下一階段是項目概要設(shè)計,將項目分解成多個功能模塊,運用WBS分解結(jié)構(gòu)對項目進行功能分解細化,根據(jù)工作量安排時間,安排具體人員。整理項目概要設(shè)計報告,總體對項目進行評估,確定使用電源類型,電源分布情況,電源隔離濾波方式,系統(tǒng)接地方式,產(chǎn)品屏蔽,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)采用屏蔽設(shè)計,采用屏蔽機箱機殼,分析信號類型,對雷電、靜電、群脈沖等干擾采取防護措施。

          產(chǎn)品概要設(shè)計報告出來后要經(jīng)過相關(guān)人員評審,分析實現(xiàn)方式是否合理,實施方案是否可行,由評審人員給出評審報告,項目組結(jié)合評審報告對概要設(shè)計進行修改后,進入產(chǎn)品詳細設(shè)計階段,這階段的內(nèi)容包括原理圖設(shè)計、PCB設(shè)計、PCB采購及焊接、軟件編寫、功能調(diào)試等過程,原理圖設(shè)計應(yīng)考慮到電磁兼容方面的影響,對板級電源增加濾波電容,對信號的接口部分增加濾波電路,根據(jù)信號類型,選擇合適的濾波電路,若信號為低頻型號,應(yīng)選擇低通濾波電路,計算合適的截至頻率,選擇對應(yīng)的電阻、電容等。另對接口部分設(shè)計大電流泄放回路,設(shè)置防雷器件,做到第三級的防雷。

          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。

          有源器件選型

          工作電壓寬的特性好,工作電壓低的特性好,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??紤]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)計參見圖1:

          11.jpg

          圖1:采樣電路設(shè)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。

          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)的導線緊緊放在一起,使用一條粗導線進行連接,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。


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