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电磁兼容(EMC):工程师必备之硬件EMC设计规范

电磁兼容(EMC):工程师必备的硬件EMC设计规范

电磁兼容

转自知乎

一引言

众所周知,电磁兼容控制技术包括抑制干扰源的发射,提高干扰接收器的敏感性它是电磁干扰的三三要素EMC它还研究了这些问题,使用最广泛的抑制方法是屏蔽、滤波和接地,以切断干扰的传输方式。

本文将重点放在单板上EMC在设计中,介绍一些重要的事情EMC知识和规则。在电路板的最初设计阶段,我们开始考虑电磁兼容性的设计,包括公共阻抗耦合、串扰、高频载流导线产生的辐射和通过连接布线和印刷线形成的电路噪声。

原因有很多:

(1)随着频率的增加,电源和地线的阻抗增加,公共阻抗耦合频繁发生;

(2)信号频率高,寄生电容耦合到步线更有效,串扰更容易发生;

(3)与时钟频率及其谐波波长相比,信号回路尺寸辐射更加明显;

(4)信号线反射的阻抗不匹配。

二是总体概念及考虑

1. 五一五规则,即时钟频率为5MHz脉冲上升时间小于5ns,则PCB板材必须采用多层板。

2. 不同的电源平面不能重叠。

3. 公共阻抗耦合问题。

模型:

VN1=I2ZG为电源I二流经地平面阻抗ZG噪声电压在1号电路中感应。

由于地平面电流可能由多个源产生,感应噪声可能高于模电或数电的灵敏度。

解决办法:

4. 减少环路面积和两环路交链面积。

5. 一个重要的想法是:PCB上的EMC主要取决于直流电源线Z

三布局

以下是电路板布局标准:

四布线

1. 尽量靠近电源线和回线,最好的办法就是各走一面。

2. 为模拟电路提供零伏回线,信号线和回程线小于5:1。

3. 对于长平行线的串扰,增加间距或在线之间增加零伏线。

4. 远离手动时钟布线I/O对于电路,可考虑添加特殊信号回程线。

5. 复位线等关键线路接近地回线; 为尽量减少串扰,采用双面#型布线。

6. 避免高速线走直角; 强弱信号线分开。

五屏蔽

1. 屏蔽 > 模型:

屏蔽效能SE(dB)=反射损耗R(dB)+吸收损耗A(dB)

反射是高频射频屏蔽的关键,吸收是低频磁场屏蔽的关键机制。

2. 工作频率低于1MHz噪声一般由电场或磁场引起(磁场引起时干扰,一般在几百赫兹以内),1MHz考虑电磁干扰。单板上的屏蔽实体包括变压器传感器、放大器、DC/DC模块等。单板间、子架、机架的屏蔽更大。

3. 静电屏蔽不要求屏蔽体关闭,只要求高电导率材料和接地。电磁屏蔽不需要接地,但需要感应电流上有通路,必须关闭。磁屏蔽需要高磁导率的材料 封闭吸收涡流产生的磁通和干扰产生的磁通相消,封闭屏蔽体对材料的厚度有要求。三者在高频情况下可统一,即用高电导率材料(如铜)封闭接地。

4. 对低频、高电导率材料的吸收衰减,对磁场屏蔽效果不好,需采用高磁导率材料(如镀锌铁)。

5. 磁场屏蔽还取决于厚度、几何形状和孔的最大线性尺寸。

6. 噪声电压UN=jwB.A.coso=jwM.I1,(A电路2闭合环路面积;B磁通密度;M为互感;I一是干扰电路电流。对于接收电路,降低噪声电压有两种方法,B、A和COS0必须减少;对于干扰源,M和I1必须减小。双绞线就是一个很好的例子。它大大降低了电路的环路面积,并在另一个绞合芯线上产生相反的电势。

7. 防止电磁泄漏的经验公式:间隙尺寸

六接地

1. 300KHz以下一般单点接地,以上多点接地,混合接地频率范围50KHz~10MHz。另一种分法是:

2. 接地方式:树形接地

接地信号电路屏蔽罩(接地点在放大器等输出端的地线上)

3. 对于射频电路接地,接地线应尽可能短或无接地。最好的接地线是扁铜编织带。当地线的长度是λ当/4波长奇数倍时,阻抗会很高,同时也会很高λ/4天线,向外辐射干扰信号。

4. 单板中有多个数字地和模拟地,只允许提供一个共同的地点,接地还包括电源回线和电线搭接。

七滤波

1. 选择EMI信号滤波器过滤掉导线上不必要的高频干扰成分,解决高频电磁辐射和接收干扰。确保良好的接地。滤波器、通过滤波器和连接器滤波器安装在分线路板上。从电路形式来看,有单电容、单电感、L型、π型。π通带式滤波器的过渡性能最好,最能保证工作信号的质量。

典型信号的频谱:

2. 选用交直流电源滤波器抑制内外电源线上的传导和辐射干扰,防止EMI进入电网,危害其他电路,保护设备本身。它不会降低工频功率。DM(差触)频率干扰 < 1mhz时间占主导地位。cm在=""> 1MHz时间,占主导地位。

3. 元件引线上安装铁氧体磁珠,用于高频电路的去耦、滤波和寄生振荡的抑制。

4. 尽可能去耦芯片的电源(1-100nF),直流电源的直流电源、稳压器和DC/DC滤波器输出转换器(uF)

注意减少电容引线电感,提高谐振频率,甚至在高频应用中采用四芯电容。电容的选择是一个非常特殊的问题,但也是一个单板EMC控制手段。

八其他

从传输线的阻抗匹配到部件EMC控制,从生产工艺到扎线方法,从编码技术到软件抗干扰,都属于单板干扰抑制。机器的诞生实际上是EMC最重要的是工程师在设计中需要改进和加强EMC意识。

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