小議電磁兼容與電路保護

電磁干擾通常有兩種情形，即傳導干擾和輻射干擾。傳導干擾是指通過(guò)導電介質(zhì)把一個(gè)電網(wǎng)絡(luò )上的信號耦合(干擾)到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò )。輻射干擾是指干擾源通過(guò)空間把其信號耦合(干擾)到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò )。因此對EMC問(wèn)題的研究實(shí)際上就是對干擾源、耦合途徑、敏感設備三者之間關(guān)系的研究。電磁兼容設計就是針對電子產(chǎn)品中產(chǎn)生的電磁干擾進(jìn)行優(yōu)化設計，使之成為符合電磁兼容性標準的產(chǎn)品。

　　在電子線(xiàn)路中只要有電場(chǎng)或磁場(chǎng)存在，就會(huì )產(chǎn)生電磁干擾。在高速PCB及系統設計中，高頻信號線(xiàn)、集成電路的引腳、各類(lèi)接插件等都可能成為具有天線(xiàn)特性的輻射干擾源，能發(fā)射電磁波并影響其它系統或本系統內其他子系統的正常工作。

　　電磁兼容設計考慮

　　為節省能源和提高工作效率，目前大多數電子產(chǎn)品都選用開(kāi)關(guān)電源供電。同時(shí)，越來(lái)越多的產(chǎn)品也都含有數字電路，以便提供更多的應用功能。開(kāi)關(guān)電源電路和數字電路中的時(shí)鐘電路是目前電子產(chǎn)品中最主要的電磁干擾源，它們是電磁兼容設計的主要內容。

　　便攜式電子設備的尺寸日趨小巧纖薄，越來(lái)越多的新功能或新特性不斷被集成到設備中，使得便攜設備的數據率及時(shí)鐘頻率越來(lái)越高。與此同時(shí)，便攜設備必將面臨著(zhù)諸多潛在的電磁干擾(EMI)/射頻干擾(RFI)源的風(fēng)險，如開(kāi)關(guān)負載、電源電壓波動(dòng)、短路、雷電、開(kāi)關(guān)電源、RF放大器和功率放大器及時(shí)鐘信號的高頻噪聲等。因此，電路設計和電磁兼容性(EMC)設計的技術(shù)水平對產(chǎn)品的質(zhì)量和技術(shù)性能指標將起到非常關(guān)鍵的作用。

　　電磁干擾通常有兩種情形，即傳導干擾和輻射干擾。傳導干擾是指通過(guò)導電介質(zhì)把一個(gè)電網(wǎng)絡(luò )上的信號耦合(干擾)到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò )。輻射干擾是指干擾源通過(guò)空間把其信號耦合(干擾)到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò )。因此對EMC問(wèn)題的研究實(shí)際上就是對干擾源、耦合途徑、敏感設備三者之間關(guān)系的研究。電磁兼容設計就是針對電子產(chǎn)品中產(chǎn)生的電磁干擾進(jìn)行優(yōu)化設計，使之成為符合電磁兼容性標準的產(chǎn)品。

　　在電子線(xiàn)路中只要有電場(chǎng)或磁場(chǎng)存在，就會(huì )產(chǎn)生電磁干擾。在高速PCB及系統設計中，高頻信號線(xiàn)、集成電路的引腳、各類(lèi)接插件等都可能成為具有天線(xiàn)特性的輻射干擾源，能發(fā)射電磁波并影響其它系統或本系統內其他子系統的正常工作。

　　電路的ESD保護

　　靜電放電(ESD)是從事硬件設計和生產(chǎn)的工程師都必須掌握的知識。很多開(kāi)發(fā)人員往往會(huì )遇到這樣的情形：實(shí)驗室中開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，測試完全通過(guò)，但客戶(hù)使用一段時(shí)間后，即會(huì )出現異?，F象，故障率也不是很高。一般情況下，這些問(wèn)題大多由于浪涌沖擊、ESD沖擊等原因造成。在電子產(chǎn)品的裝配和制造過(guò)程中，超過(guò)25%的半導體芯片的損壞歸咎于ESD。隨著(zhù)微電子技術(shù)的廣泛應用及電磁環(huán)境越來(lái)越復雜，人們對靜電放電的電磁場(chǎng)效應如電磁干擾(EMI)及電磁兼容性(EMC)問(wèn)題越來(lái)越重視。

　　電路設計工程師一般通過(guò)一定數量的瞬間電壓抑制器(TVS)器件增加保護。如固狀器件(二極管)、金屬氧化物變阻器(MOV)、可控硅整流器、其他可變電壓的材料(新聚合物器件)、氣體電子管和簡(jiǎn)單的火花隙。隨著(zhù)新一代高速電路的出現，器件的工作頻率已經(jīng)從幾kHz上升到GHz，對用于ESD保護的高容量無(wú)源器件的要求也越來(lái)越高。例如，TVS必須迅速響應到來(lái)的浪涌電壓，當浪涌電壓在0.7ns達到8KV(或更高)峰值時(shí)，TVS器件的觸發(fā)或調整電壓(與輸入線(xiàn)平行)必須足夠低以便作為一個(gè)有效的電壓分配器。安森美半導體的NUC2401是一款帶集成低電容ESD保護功能的共模濾波器，能提供高速USB 2.0信號必要的帶寬、恰當的共模衰減及敏感的內部電路ESD保護，保持了信號的完整性。Vishay公司VBUS054B-HS3是一種單芯片ESD解決方案，線(xiàn)路電容間的差別非常小，可保護雙高速USB端口，以防瞬態(tài)電壓信號。還可對略低于接地電平的負瞬態(tài)進(jìn)行鉗位，同時(shí)在略高于5V工作電壓范圍對正瞬態(tài)進(jìn)行鉗位。

　　現在，電路設計工程師在高頻電路設計中越來(lái)越多地采用ESD抑制方案。盡管低成本的硅二極管(或變阻器)的觸發(fā)/箝位電壓非常低，但其高頻容量和漏電流無(wú)法滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的應用需求。聚合物ESD抑制器在頻率高達6GHz時(shí)的衰減小于0.2dB，對電路的影響幾乎可以忽略不計。

　　電磁兼容和電路保護對所有電子產(chǎn)品的設計而言都是無(wú)法回避的問(wèn)題。電路設計工程師除了熟悉電磁兼容相關(guān)標準，設計中還需綜合考慮器件本身的性能、寄生參數、產(chǎn)品性能、成本以及系統設計中的每個(gè)功能模塊，通過(guò)布局布線(xiàn)優(yōu)化、增加去耦電容、磁珠、磁環(huán)、屏蔽、PCB諧振抑制等措施來(lái)確保EMI在控制范圍之內。在制定電路保護設計方案時(shí)，最重要的是首先掌握因應的技術(shù)方案和設計手段，并據此選擇正確的ESD保護器件。