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经典:工程师EMC应用设计秘籍

经典:工程师EMC应用设计秘籍

点击数:7154 次   录入时间:03-04 11:58:09   整理:http://www.55dianzi.com   防、抗干扰技术

    铁氧体抑制元件广泛应用于印制电路板、电源线和数据线上。例如在印制板的电源线入口端加上铁氧体抑制元件,就可以滤除高频干扰。铁氧体磁环或磁珠专用于抑制信号线、电源线上的高频干扰和尖峰干扰,它也具有吸收静电放电脉冲干扰的能力。

    不同的铁氧体抑制元件,有不同的最佳抑制频率范围。通常磁导率越高,抑制的频率就越低。此外,铁氧体的体积越大,抑制效果越好。在体积一定时,长而细的形状比短而粗的抑制效果好,内径越小抑制效果也越好。但在有直流或交流偏流的情况下,还存在铁氧体饱和的问题,抑制元件横截面越大,越不易饱和,可承受的偏流越大。

    铁氧体抑制元件应当安装在靠近干扰源的地方。对于输入/输出电路,则应尽量靠近屏蔽壳的进、出口处。

    安装时还应当注意,铁氧体元件易破碎,应采取可靠的固定措施。

    3. 电源线滤波器

    电源线是电磁干扰传入设备和传出设备的主要途径。为防止这两种情况的发生,必须在设备的电源接口安装电源线滤波器。它只允许电源频率通过,而高于电源频率的电磁干扰却受到很大的衰减。

    电源线上的干扰以两种形式出现,在火线、零线回路中的干扰为差模干扰,在火线、零线与地线回路中的干扰为共模干扰。虽然电源线滤波器对差模干扰和共模干扰都有抑制作用,但效果不一样,应分别给出两者的插入损耗。除了特别说明允许不接地的滤波器外,所有电源滤波器都必须接地,因为滤波器中的共模旁路电容只有接地时才起作用。

    使用电源滤波器时,应尽量靠近电源入口处安装,并使滤波器的输入/输出端之间屏蔽隔离,避免电磁干扰从输入端直接耦合到滤波器的输出端。此外,滤波器的接地点还应尽量靠近设备的接地点。电源线滤波器的技术指标包括:最大泄漏电流、耐压、额定工作频率、额定工作电压、额定工作电流和温度范围等。

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    九、结束语

    电磁兼容性元器件是解决电磁干扰发射和电磁敏感度问题的关键,正确选择和使用这些元器件是做好电磁兼容性设计的前提。因此,我们必须深入掌握这些元器件,这样才有可能设计出符合标准要求、性能价格比最优的电子、电气产品。

    三、PCB设计中的EMC概念

    在pcb layout中EMC占有相当的地位,一个好的pcb设计工程师应该掌握足够的EMC的知识。产品必须要经过3C, FCC, CE认证这也是早被人们所孰知。电磁兼容EMC(EleCTRomagnetIC compatibility), 对于设备或系统的性能指标来说, 直译为“电磁兼容性”,但作为一门学科来说, 应该译为“电磁兼容”。

    国家标准GB/T4365-1995《电磁兼容术语》对电磁兼容所下的定义为“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。”

    该标准等同采用IEC60050(161)。

    电磁兼容是研究在有限的空间、有限的时间、有限的频谱资源条件下,各种用电设备(分系统、系统;广义的还包括生物体)可以共存并不致引起降级的一门科学。

    EMC: Electromagnetic Compatibility

    电磁兼容

    EMI: Electromagnetic Emission

    电磁发射

    EMS: Electromagnetic Susceptibility

    电磁敏感度

    CE: Conducted Emission

    传导发射

    RE: Radiated Emission

    辐射发射

    CS: Conducted Susceptibility

    传导敏感度

    RS: Radiated Susceptibility

    辐射敏感度

    四、EMC电磁兼容体系基础类标准

    我国的电磁兼容标准和国际上类似, 可以分为四类:

    基础标准

    涉及EMC术语, 电磁环境, EMC测量设备规范和EMC测量方法。

    通用标准

    其中GB8702主要涉及在强磁场环境下对人体的保护要求, GB/T14431主要涉及无线电业务要求的信号/干扰保护比.

    产品类标准

    如GB9254,GB4343,GB4824和GB13837等.

    系统间电磁兼容标准

    主要规定了经过协调的不同系统之间的EMC要求.

    面对强大的静电,线路板设计应如何解决

    基础标准

    GB/T 4365-1995 电磁兼容术语

    GB/T 6113—1995 无线电干扰和抗扰度测量设备规范

    GB 3907-83* 工业无线电干扰基本测量方法

    GB 4859—84* 电气设备的抗干扰特性基本测量方法

    GB/T 15658-1995 城市无线电噪声测量方法

    GB9175—1988 环境电磁波卫生标准

    GB 10436—1998 作业场所微波辐射卫生标准

    GB/T17624.1—1998 电磁兼容综述电磁兼容基本术语和定义的应用与解释

    五、电磁兼容EMC工程师必须具备技能

    产品EMC的认证关系到产品的出货,对于一个产品来说是相当重要的。EMC工程师需要具备那些技能?从企业产品需要进行设计、整改认证的过程看,EMC工程师必须具备以下技能:

    1、EMC的基本测试项目以及测试过程掌握,具体点就是要对FCC,CE这些标准熟,对于认证结构的流程熟;

    2、产品对应EMC的标准掌握,不论国标,还是国际标准都要熟;

    3、产品的EMC整改定位思路掌握,要熟悉一些分析方法和分析手段,要对常见的pcb layout软件进行必要的操作;

    4、产品的各种认证流程掌握,要有一些认证的资源,比如到那里进行认证;

    5、产品的硬件知识,对电路(主控、接口)了解,对容易产生EMI的信号的处理措施;

    6、EMC设计整改元器件(电容、磁珠、滤波器、电感、瞬态抑制器件等)使用掌握,比如有时需要ESR,ESL小的电容;

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    7、产品结构屏蔽设计技能掌握,熟悉一些屏蔽材料。

    六、EMC电路设计要点

    在考虑EMI控制时,设计工程师及PCB板级设计工程师首先应该考虑IC芯片的选择。集成电路的某些特征如封装类型、偏置电压和芯片的:工艺技术(例如CMOS、ECI、刀1)等都对电磁干扰有很大的影响。

    1.集成电路EMl来源

    PCB中集成电路EMI的来源主要有:数字集成电路从逻辑高到逻辑低之间转换或者从逻辑低到逻辑高之间转换过程中,输出端产生的方波信号频率导致的EMl

    2 信号电压和信号电流电场和磁场芯片自身的电容和电感等。集成电路芯片输出端产生的方波中包含频率范围宽广的正弦谐波分量,这些正弦谐波分量构成工程师所关心的EMI频率成分。最高EMI频率也称为EMI发射带宽,它是信号上升时间(而不是信号频率)的函数。

    计算EMI发射带宽的公式为: f=0.35/Tr

    式中,厂是频率,单位是GHz;7r是信号上升时间或者下降时间,单位为ns。

    从、L:述么:式中可以看出,如果电路的开关频率为50MHz,而采用的集成电路芯片的上升时间是1ns,那么该电路的最高EMI发射频率将达到350MHz,远远大于该电路的开关频率。而如果汇的—上升时间为5肋Fs,那么该电路的最高EMI发射频率将高达700MHz。

    电路中的每一个电压值都对应一定的电流,同样每一个电流都存在对应的电压。当IC的输出在逻辑高到逻辑低或者逻辑低到逻辑高之间变换时,这些信号电压和信号电流就会产生电场和磁场,而这些电场和磁场的最高频率就是发射带宽。电场和磁场的强度以及对外辐射的百分比,不仅是信号上升时间的函数,同时也取决于对信号源到负载点之间信号通道上电容和电感的控制的好坏,因此,信号源位于PCB板的汇内部,而负载位于其他的IC内部,这些IC可能在PCB上,也可能不在该PCB上。为了有效地控制EMI,不仅需要关注汇;芭片自身的电容和电感,同样需要重视PCB上存在的电容和电感。

    当信号电压与信号回路之间的锅合不紧密时,电路的电容就会减小,因而对电场的抑制作用就会减弱,从而使EMI增大;电路中的电流也存在同样的情况,如果电流同返回路径之间锅合不;佳,势必加大回路上的电感,从而增强了磁场,最终导致EMI增加。这充分说明,对电场控制不佳通常也会导致磁场抑制不佳。用来控制电路板中电磁场的措施与用来抑制IC封装中电磁场的措施大体相似。正如同PCB设计的情况,IC封装设计将极大地影响EMI。

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