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嘉峪检测网 2024-10-23 08:53
对于一个新项目的研发设计过程,电磁兼容设计需要贯穿整个过程,在设计中考虑到电磁兼容方面的设计,才不致于返工,避免重复研发,可以缩短整个产品的上市时间,提高企业的效益。
一、元器件选型
我们常用的电子器件主要包括有源器件和无源器件两种类型,有源器件主要指IC和模块电路等器件,无源器件主要是指电阻、电容、电感等元件。下面分别对这两种类型元件的选型、在电磁兼容方面要考虑的问题做一些介绍。
有源器件EMC选型
工作电压宽的EMC特性好,工作电压低的EMC特性好,在设计允许的范围内延时大(通常所说的速度慢)特性好一些,静态电流小、功耗小的比大的特性好,贴片封装的器件的EMC性能好于插装器件。
无源器件选型
无源器件在我们的应用中通常包括电阻、电容、电感等,对于无源器件的选型我们要注意这些元件的频率特性和分布参数。
无源器件在某些频率下,会表现出不同特性,一些电阻在高频时拥有电感的特性,如线绕电阻,电解电容的低频特性好,高频特性差,而薄膜电容和瓷片电容高频特性较好,但通常容量较小。考虑温度对元器件的影响,根据设计原理,选用各种温度特性的器件。
二、印制板设计
印制板设计时,要考虑到干扰对系统的影响,将电路的模拟部分和数字部分的电路严格分开,对核心电路重点防护,将系统地线环绕,并布线尽可能粗,电源增加滤波电路,采用DC-DC隔离,信号采用光电隔离,设计隔离电源,分析容易产生干扰的部分(如时钟电路、通讯电路等)和容易被干扰的部分(如模拟采样电路等),对这两种类型的电路分别采取措施。对于干扰元件采取抑制措施,对敏感元件采取隔离和保护措施,并且将它们在空间和电气上拉开距离。在板级设计时,还要注意元器件放置要远离印制板边沿,这对防护空气放电是有利的。
电路的合理布局可以降低干扰,提高电磁兼容性能。按照电路的功能划分若干个功能模块,分析每个模块的干扰源与敏感信号,以便进行特殊处理。
1、保持环路面积最小,例如电源与地之间形成的环路,减小环路面积,将减小电磁干扰在此回路上的感应电流,电源线尽可能靠近地线,以减小差模辐射的环面积,降低干扰对系统的影响,提高系统的抗干扰性能。并联的导线紧紧放在一起,使用一条粗导线进行连接,信号线紧挨地平面布线可以降低干扰。电源与地之间增加高频滤波电容。
2、使导线长度尽可能的缩短,减小了印制板的面积,降低导线上的干扰。
3、采用完整的地平面设计,采用多层板设计,铺设地层,便于干扰信号泄放。
4、使电子元件远离可能会发生放电的平面如机箱面板、把手、螺钉等,保持机壳与地良好接触,为干扰提供良好的泄放通道。对敏感信号包地处理,降低干扰。
5、尽量采用贴片元器件,贴片器件比直插器件的电磁兼容性能要好得多。
6、模拟地与数字地在PCB与外界连接处进行一点接地。
7、高速逻辑电路应靠近连接器边缘,低速逻辑电路和存储器则应布置在远离连接器处,中速逻辑电路则布置在高速逻辑电路和低速逻辑电路之间。
8、电路板上的印制线宽度不要突变,拐角应采用圆弧形,不要直角或尖角。
9、时钟线、信号线也尽可能靠近地线,并且走线不要过长,以减小回路的环面积。
三、系统布线设计
印制板设计出来后,进行试制,焊接调试,系统装机,考虑电磁兼容设计因素,机柜结构、线缆设计需要注意以下几个方面:
1、机柜选用电磁屏蔽柜,具有良好的屏蔽性能,很好地对系统进行屏蔽,降低外界电磁干扰对系统的影响。
2、总电源进线选用屏蔽电源线,并加磁环,屏蔽层在进入机柜处360度接地。
3、对系统外部信号线选用屏蔽线,屏蔽层机柜入口处良好接地。
4、设备外壳就近接机柜,避免交叉。
5、系统设置隔离变压器和ups,保证系统供应纯净电源。
6、严格将电源线和信号线分开,设备外壳的各个面之间和各个板子面板之间要良好接触,接触电阻要小于0.4欧,越小越好,保证设备外壳良好接大地,这样在有静电释放时,不会影响到系统的正常工作。
四、系统接地设计
接地是最有效的抑制骚扰源的方法,可解决50%的EMC问题。系统基准地与大地相连,可抑制电磁骚扰。外壳金属件直接接大地,还可以提供静电电荷的泄漏通路,防止静电积累。
1、地线的概念
安全接地 包括保护接地和防雷接地。
保护接地 为产品的故障电流进入大地提供一个低阻抗通道;
防雷接地 提供泄放大电流的通路;
参考接地 为产品稳定可靠工作提供参考电平,为电源和信号提供基准电位。
安全接地是为了当出现一些电气异常时,为大电流和高电压提供一个泄放的回路,主要是对电路的一种保护措施。参考地主要是信号地和电源地,是保证电路实现功能的基础。
2、接地方式
悬浮接地:对一个独立的与外部没有接口的系统来说一般也没有什么问题,但是如果该系统与其他的系统之间存着接口如通讯口和采样线,那么悬浮接地很容易受到静电和雷击的影响,所以一般电子产品大多不采用悬浮接地。
单点接地:当f<1MHz时可以选择单点接地,可分为并联单点接地和多级电路串联单点接地两种。
并联单点接地:每个电路模块都接到一个单点地上,每个单元在同一点与参考点相连。
多级电路的串联单点接地:将具有类似特性的电路的地连接在一起,形成一个公共点,然后将每一个公共点连接到单点地。
多点接地:当f>10MHz时会采用多点接地。设备中的电路都就近以接地母线为参考点。
单点接地各电路接在同一点,提供公共电位参考点,没有共阻抗耦合和低频地环路,但对高频信号存在较大的地阻抗。多点接地为就近接地,每条地线可以很短,提供较低接地阻抗。1MHz~10MHz可根据实际需要选用哪种接地方法。
混合接地:是综合单点接地与多点接地的优点,对系统中的低频部分采用单点接地,对系统中高频部分采用多点接地。
信号线屏蔽接地:有高频和低频之分,高频采用多点接地,低频电缆采用单点接地。低频电场屏蔽要求在接收端单点接地,低频磁场屏蔽要求在两端接地。多点接地,除在两端接地外,并以3/20或1/10工作波长的间隔接地。
系统做到良好接地,才能有效的抑制电磁干扰,一个大的系统机柜首先要保证每个面接触良好,接触紧凑,其次是机柜内部设备要就近接地,避免二次干扰,就近泄放电磁干扰。接口屏蔽线要进行环接,再就近接机架。机柜下方设置接地铜排,系统总地线选用铜带比较好,对电磁干扰进行很好的泄放,保证了系统的正常运行。
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