針對當前嚴峻的電磁環(huán)境,分析了電磁干擾的來(lái)源,通過(guò)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程的分解,融入電磁兼容設計,從原理圖設計、PCB設計、元器件選型、系統布線(xiàn)、系統接地等方面逐步分析,總結概括電磁兼容設計要點(diǎn),最后,介紹了電磁兼容測試的相關(guān)內容。
當前,日益惡化的電磁環(huán)境,使我們逐漸關(guān)注設備的工作環(huán)境,日益關(guān)注電磁環(huán)境對電子設備的影響,從設計開(kāi)始,融入電磁兼容設計,使電子設備更可靠的工作。
電磁兼容設計主要包含浪涌(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(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、傳導騷擾、輻射騷擾、射頻場(chǎng)感應的傳導抗擾度等相關(guān)設計。
電磁干擾的主要形式
電磁干擾主要是通過(guò)傳導和輻射方式進(jìn)入系統,影響系統工作,其他的方式還有共阻抗耦合和感應耦合。
傳導:傳導耦合即通過(guò)導電媒質(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)品中傳導耦合的途徑通常包括電源線(xiàn)、信號線(xiàn)、互連線(xiàn)、接地導體等。
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線(xiàn)形成的天線(xiàn)效應。
共阻抗耦合:當兩個(gè)以上不同電路的電流流過(guò)公共阻抗時(shí)出現的相互干擾。在電源線(xiàn)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。
感應耦合:通過(guò)互感原理,將在一條回路里傳輸的電信號,感應到另一條回路對其造成干擾。分為電感應和磁感應兩種。
對這幾種途徑產(chǎn)生的干擾我們應采用的相應對策:傳導采取濾波(如我們設計中每個(gè)IC的片頭電容就是起濾波作用),輻射干擾采用減少天線(xiàn)效應(如信號貼近地線(xiàn)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。
電磁兼容設計
對于一個(gè)新項目的研發(fā)設計過(guò)程,電磁兼容設計需要貫穿整個(gè)過(guò)程,在設計中考慮到電磁兼容方面的設計,才不致于返工,避免重復研發(fā),可以縮短整個(gè)產(chǎn)品的上市時(shí)間,提高企業(yè)的效益。
一個(gè)項目從研發(fā)到投向市場(chǎng)需要經(jīng)過(guò)需求分析、項目立項、項目概要設計、項目詳細設計、樣品試制、功能測試、電磁兼容測試、項目投產(chǎn)、投向市場(chǎng)等幾個(gè)階段。
在需求分析階段,要進(jìn)行產(chǎn)品市場(chǎng)分析、現場(chǎng)調研,挖掘對項目有用信息,整合項目發(fā)展前景,詳細整理項目產(chǎn)品工作環(huán)境,實(shí)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?chē)O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(lái)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(mǎn)足現場(chǎng)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(guò)企業(yè)內部相關(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、結構、測試等人員安排到項目組中,分配各自的職責。項目開(kāi)發(fā)的下一階段是項目概要設計,將項目分解成多個(gè)功能模塊,運用WBS分解結構對項目進(jìn)行功能分解細化,根據工作量安排時(shí)間,安排具體人員。整理項目概要設計報告,總體對項目進(jìn)行評估,確定使用電源類(lèi)型,電源分布情況,電源隔離濾波方式,系統接地方式,產(chǎn)品屏蔽,產(chǎn)品結構采用屏蔽設計,采用屏蔽機箱機殼,分析信號類(lèi)型,對雷電、靜電、群脈沖等干擾采取防護措施。
產(chǎn)品概要設計報告出來(lái)后要經(jīng)過(guò)相關(guān)人員評審,分析實(shí)現方式是否合理,實(shí)施方案是否可行,由評審人員給出評審報告,項目組結合評審報告對概要設計進(jìn)行修改后,進(jìn)入產(chǎn)品詳細設計階段,這階段的內容包括原理圖設計、PCB設計、PCB采購及焊接、軟件編寫(xiě)、功能調試等過(guò)程,原理圖設計應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,根據信號類(lèi)型,選擇合適的濾波電路,若信號為低頻型號,應選擇低通濾波電路,計算合適的截至頻率,選擇對應的電阻、電容等。另對接口部分設計大電流泄放回路,設置防雷器件,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(wú)源器件兩種類(lèi)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。下面分別對這兩種類(lèi)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。
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,在設計允許的范圍內延時(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。
無(wú)源器件選型
無(wú)源器件在我們的應用中通常包括電阻、電容、電感等,對于無(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。
無(wú)源器件在某些頻率下,會(huì )表現出不同特性,一些電阻在高頻時(shí)擁有電感的特性,如線(xiàn)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,根據設計原理,選用各種溫度特性的器件。
二、印制板設計
印制板設計時(shí),要考慮到干擾對系統的影響,將電路的模擬部分和數字部分的電路嚴格分開(kāi),對核心電路重點(diǎn)防護,將系統地線(xiàn)環(huán)繞,并布線(xiàn)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,設計隔離電源,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),對這兩種類(lèi)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(kāi)距離。在板級設計時(shí),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。
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