DVD數字視盤(pán)機電磁干擾設計方案

概述：電磁干擾是電子產(chǎn)品一個(gè)不容忽視的問(wèn)題，在設計時(shí)就應該采取措施，良好的設計將減少設計時(shí)間和產(chǎn)品成本。從國家標準化組織對電磁干擾的要求出發(fā)，分析了數字視盤(pán)機產(chǎn)生電磁干擾的三個(gè)主要原因，由此有針對性的從開(kāi)關(guān)電源、音頻/視頻輸出和PCB電路板三個(gè)方面展開(kāi)討論，設計分析了抑制電磁干擾的幾種方法，并通過(guò)了EMI測試。

電磁干擾(Electro Magnetic Interference，EMI)指一個(gè)電子設備不斷向它所處的環(huán)境排放超過(guò)允許范圍的干擾。為了保護環(huán)境，國家標準化組織已制訂了若干強制性標準，要求電子設備生產(chǎn)廠(chǎng)家必須將其產(chǎn)品的電磁干擾降到一定的程度。因此，從設計開(kāi)始就必須注重電子設備的EMI設計，從元器件、連接器的選擇、印刷板的布局布線(xiàn)、接地點(diǎn)等各方面進(jìn)行綜合考慮，降低電磁干擾。本文以DVD-1000數字視盤(pán)機為例，介紹EMI設計的一點(diǎn)體會(huì )。

1 EMI設計要求

對于電子產(chǎn)品的EMI要求，我國于1997年7月頒布了“GB13837-1997《聲音和電視廣播接收機及有關(guān)設備無(wú)線(xiàn)干擾特性限值和測量方法》標準”，該標準具體規定了五種電磁干擾的限值。

(1)注入電源的騷擾電壓。在9～30 kHz范圍內，若電子設備注入電網(wǎng)的干擾電壓超過(guò)66 dBμV，干擾信號將通過(guò)電源網(wǎng)對其他設備造成嚴重干擾，從而使其他設備性能降低或無(wú)法正常工作。

(2)天線(xiàn)端騷擾電壓。當接收設備外接公用天線(xiàn)或天線(xiàn)間非常接近時(shí)，干擾信號很容易通過(guò)分配電纜或天線(xiàn)間耦合造成相互干擾。

(3)射頻輸出器有用信號和騷擾信號電平。當設備射頻輸出端與其他設備連接時(shí)，如果設備的射頻輸出有用信號及其諧波電平太高，產(chǎn)生的高頻諧波輻射將對臨近設備產(chǎn)生干擾。

(4)輻射騷擾場(chǎng)強或功率。廣播接收機的本振及其諧波、一中頻單元輻射場(chǎng)強不能過(guò)高，否則會(huì )污染電磁環(huán)境。

(5)騷擾功率。聲頻功率放大器、音視盤(pán)機等設備在頻率30 MHz以上的輻射主要是通過(guò)與其相連的電源線(xiàn)及其他連線(xiàn)向外輻射能量。當電源線(xiàn)和其他連線(xiàn)上的騷擾功率峰值大于55 dBμV時(shí)，將影響其他設備的正常工作。

2 數字視盤(pán)機的EMI傳播機理

EMI的傳播主要分為傳導干擾和輻射干擾兩種。輻射干擾是指各系統之間的干擾，它把電子產(chǎn)品內部所產(chǎn)生的各種頻率干擾通過(guò)引線(xiàn)和元器件以空間電磁波的形式向外輻射電磁場(chǎng)，從而對其他電子設備形成干擾。例如：DVD視盤(pán)機的高頻信號線(xiàn)、各類(lèi)接插件都可能成為具有天線(xiàn)特性的輻射干擾源。傳導干擾則是系統內部通過(guò)導電介質(zhì)以傳導的方式把信號耦合而形成的干擾，它一般是由于阻抗的交連(電源內阻、地線(xiàn)之間的阻抗)、互感的交連(指導線(xiàn)之間)以及寄生電容的交連而引起的內部干擾。例如：電視機的行輻射。

消除或減少電磁干擾的具體方法有很多，主要有屏蔽技術(shù)、電源濾波、接地技術(shù)以及采用EMI器件。對于DVD數字視盤(pán)機，由于沒(méi)有天線(xiàn)和射頻輸出端口，其天線(xiàn)端騷擾電壓很小，大多低于30 dBμV，其主要傳播途徑有以下幾種：開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的脈沖電流和電壓的變化很快，形成的開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)脈沖及高次諧波通過(guò)元器件和電源線(xiàn)向外輻射和傳導，產(chǎn)生電磁干擾;音頻/視頻輸出信號通過(guò)音頻/視頻信號連接線(xiàn)向外輻射;數字電路工作需要的各種時(shí)鐘信號及其高次諧波，如CPU芯片工作時(shí)鐘、MPEG解碼器工作時(shí)鐘、視頻同步時(shí)鐘(27 MHz，16.934 4 MHz，40.5 MHz)形成的干擾脈沖，通過(guò)元器件向外輻射。

3 EMI設計

3.1 開(kāi)關(guān)電源的EMI設計

開(kāi)關(guān)電源是電子設備的重要組成部分。電子設備中運行的電信號相對開(kāi)關(guān)電源在幅值和能量上要小得多，這意味著(zhù)開(kāi)關(guān)電源通常是電子設備的最強干擾源。開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生干擾的原因很多，如由于外部電網(wǎng)中負載、電壓的隨機變化造成開(kāi)關(guān)電源的輸入電流含有較多的噪聲;內部的功率開(kāi)關(guān)管在截止和導通之間的高速切換產(chǎn)生豐富的高次諧波干擾，整流二極管反向恢復時(shí)產(chǎn)生的突變尖峰電流干擾，高速率變化的電壓和對地分布電容產(chǎn)生的傳導干擾等。在DVD數字視盤(pán)機中，為了減小開(kāi)關(guān)電源的EMl干擾，采取了以下措施：

3.1.1 開(kāi)關(guān)變壓器的EMI設計

為減少電源電路中的干擾，首先開(kāi)關(guān)變壓器采用反激式激勵方式，反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的原理圖如圖1所示。Ui為開(kāi)關(guān)電源的輸入電壓，T為高頻變壓器，SW為控制開(kāi)關(guān)。由于整流二極管的存在，反激式開(kāi)關(guān)電源在控制開(kāi)關(guān)接通期間不向負載提供功率輸出，僅在控制開(kāi)關(guān)關(guān)斷期間才把儲存能量轉化為反電動(dòng)勢向負載輸出，因此，輸入電源出現變化時(shí)，開(kāi)關(guān)電源不能立即對輸出電壓和電流產(chǎn)生反映，只有到下個(gè)工作周期中電源關(guān)斷時(shí)才起作用，即反激式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的瞬態(tài)反應較遲緩;同時(shí)由于儲能濾波電容的容量很大，使輸出電壓穩定，減少了高頻干擾。

另外，反激式電源變壓器應注意變壓器氣隙的大小，氣隙越大變壓器的帶負載能力越強，但變壓器的漏感越大，在滿(mǎn)足帶負載能力的前提下，漏感要盡量小些，以減小漏感產(chǎn)生的干擾。同時(shí)，為了減小原、副邊的雜散電容.在變壓器的初次級之間加入一層銅層屏蔽層，切斷初次級的干擾傳播通道。

3.1.2 開(kāi)關(guān)變壓器輸出濾波器設計

良好的濾波技術(shù)對于開(kāi)關(guān)電源的EMl具有明顯的效果。在開(kāi)關(guān)變壓器輸出端接入LC共模一差模濾波和π型濾波器(如圖2所示)，來(lái)抑制開(kāi)關(guān)電源中的EMI干擾。Cx為電源跨接電容，濾除共模干擾信號，常用陶瓷電容或聚脂薄膜電容，取0.22～0.47μF;Cy為旁路電容，濾除差模信號，在4 700 pF以下，電容量過(guò)大會(huì )影響設備的絕緣性能;L1是共模線(xiàn)圈，由兩個(gè)繞在同一個(gè)高導磁率磁芯上的繞組組成，感量為幾十mH。調整電感、電容，使諧振頻率與干擾頻率相近或接近干擾頻率的中心頻率。對頻率很高的電磁干擾，可以使用三端電容或穿心電容進(jìn)行濾波。

另外，Cx及Cy的引線(xiàn)和連接地引線(xiàn)應盡量短，以使接地阻抗盡量小，噪聲能經(jīng)過(guò)電容旁路到地線(xiàn);濾波器盡量靠近輸入端口.避免濾波器輸入輸出發(fā)生耦合，而失去濾波作用。