在我們的日常生活離不開(kāi)電磁,日益惡化的電磁環(huán)境,不得不讓我們關(guān)注其設(shè)備的工作環(huán)境從而考慮到電磁環(huán)境對(duì)電子設(shè)備的影響,這對(duì)于從事電源行業(yè)的朋友們來(lái)說(shuō),從設(shè)計(jì)工作開(kāi)始就要加入電磁兼容(EMC)方面的設(shè)計(jì),才能使電子設(shè)備提供更可靠的工作。
電磁兼容(EMC)設(shè)計(jì)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(shí)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(chǎng)輻射抗擾度、工頻磁場(chǎng)抗擾度、脈沖磁場(chǎng)抗擾度、傳導(dǎo)騷擾、輻射騷擾、射頻場(chǎng)感應(yīng)的傳導(dǎo)抗擾度等相關(guān)設(shè)計(jì)。
電磁干擾的主要形式
電磁干擾主要是通過(guò)傳導(dǎo)和輻射方式進(jìn)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(dǎo):傳導(dǎo)耦合即通過(guò)導(dǎo)電媒質(zhì)將一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)上的騷擾耦合到另一個(gè)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(dǎo)耦合的途徑通常包括電源線、信號(hào)線、互連線、接地導(dǎo)體等。
輻射:通過(guò)空間將一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)上的騷擾耦合到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)上,屬頻率較高的部分(高于30MHz)。輻射的途徑通過(guò)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(dǎo)線形成的天線效應(yīng)。
共阻抗耦合:當(dāng)兩個(gè)以上不同電路的電流流過(guò)公共阻抗時(shí)出現(xiàn)的相互干擾。在電源線和接地導(dǎo)體上傳導(dǎo)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(guò)互感原理,將在一條回路里傳輸?shù)碾娦盘?hào),感應(yīng)到另一條回路對(duì)其造成干擾。分為電感應(yīng)和磁感應(yīng)兩種。
對(duì)這幾種途徑產(chǎn)生的干擾我們應(yīng)采用的相應(yīng)對(duì)策:傳導(dǎo)采取濾波(如我們?cè)O(shè)計(jì)中每個(gè)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(hào)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(duì)外界的電磁干擾。
電磁兼容設(shè)計(jì)
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(wú)源器件兩種類型:有源器件主要指IC和模塊電路等器件,無(wú)源器件主要是指電阻、電容、電感等元件。下面分別對(duì)這兩種類型元件的選型、在電磁兼容方面要考慮的問(wèn)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(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi)延時(shí)大(通常所說(shuō)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。
(2)無(wú)源器件選型
無(wú)源器件在我們的應(yīng)用中通常包括電阻、電容、電感等,對(duì)于無(wú)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(wú)源器件在某些頻率下,會(huì)表現(xiàn)出不同特性,一些電阻在高頻時(shí)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(duì)元器件的影響,根據(jù)設(shè)計(jì)原理,選用各種溫度特性的器件。
2、印制板設(shè)計(jì)
印制板設(shè)計(jì)時(shí),要考慮到干擾對(duì)系統(tǒng)的影響,將電路的模擬部分和數(shù)字部分的電路嚴(yán)格分開(kāi),對(duì)核心電路重點(diǎn)防護(hù),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(hào)采用光電隔離,設(shè)計(jì)隔離電源,分析容易產(chǎn)生干擾的部分(如時(shí)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(duì)這兩種類型的電路分別采取措施。對(duì)于干擾元件采取抑制措施,對(duì)敏感元件采取隔離和保護(hù)措施,并且將它們?cè)诳臻g和電氣上拉開(kāi)距離。在板級(jí)設(shè)計(jì)時(shí),還要注意元器件放置要遠(yuǎn)離印制板邊沿,這對(duì)防護(hù)空氣放電是有利的。
采樣電路的原理圖設(shè)計(jì)參見(jiàn)圖1:
圖1 采樣電路設(shè)計(jì)
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(gè)功能模塊,分析每個(gè)模塊的干擾源與敏感信號(hào),以便進(jìn)行特殊處理。