電磁兼容性設計要點(diǎn)

電磁兼容性設計要點(diǎn) 
電子、電氣產(chǎn)品電磁兼容性設計的目的，是使產(chǎn)品在預期的電磁環(huán)境中能正常工作、無(wú)性能降低或故障，并具有對電磁環(huán)境中的任何事物不構成電磁騷擾的能力。電磁兼容性設計的基本方法是指標分配和功能分塊設計。也就是說(shuō)，首先要根據有關(guān)標準和規范，把整個(gè)產(chǎn)品的電磁兼容性指標要求，細分成產(chǎn)品級的、模塊級的、電路級的、元器件級的指標要求；然后，按照各級要實(shí)現的功能要求和電磁兼容性指標要求，逐級進(jìn)行設計，采取一定的防護措施等。做好產(chǎn)品電磁兼容性設計應注意以下一些問(wèn)題：  

一、盡早進(jìn)行電磁兼容性設計  

經(jīng)驗證明，如果在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段解決兼容性問(wèn)題所需費用為1，那么，等到定型后再想辦法解決，費用將增加10倍；若到批量生產(chǎn)后再解決，費用將增加100 倍；若到用戶(hù)發(fā)現問(wèn)題后才解決，費用可能到達1000倍。這就是說(shuō)如果在產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)階段，同時(shí)進(jìn)行電磁兼容性設計，就可以把80％—90％的電磁兼容性問(wèn)題解決在產(chǎn)品定型之前。那種不顧電磁兼容性，只按常規進(jìn)行產(chǎn)品設計，然后對樣品進(jìn)行電磁兼容性技術(shù)測試，發(fā)現問(wèn)題再進(jìn)行補救的做法，非但在技術(shù)上會(huì )造成很大問(wèn)題，而且還會(huì )造成人力、財力的極大浪費，這是—種非常冒險的做法。所以，對于任何一種產(chǎn)品，盡早進(jìn)行電磁兼容性設計都是非常必要的。  

二、有源器件選擇與電子電路分析  

在完成產(chǎn)品的電路功能設計后，應對各有源器件和電子電路進(jìn)行仔細分析，特別注意分析那些容易產(chǎn)生騷擾或容易受到騷擾的器件和電路。一般來(lái)說(shuō)，高速邏輯電路、高速時(shí)鐘電路、視頻電路和一些含有電接點(diǎn)的電器等，都是潛在的電磁騷擾源，這些電路以及微處理器、低電平模擬電路等也很容易被騷擾而產(chǎn)生誤動(dòng)作；組合邏輯電路、線(xiàn)性電源及功率放大器等，則不易受到騷擾的影響。  

模擬電路具有一定的接收頻帶寬度，如果電磁騷擾的有效頻帶全部或部分地落在模擬電路的接收帶寬內，則騷擾就被接收并迭加在有用信號上，與之一起進(jìn)入模擬電路，當騷擾與有用信號相比足夠大時(shí)、就會(huì )影響設備的正常工作。一些頻帶寬度達幾兆赫的視頻電路通常還同時(shí)成為騷擾源；模擬電路的高頻振蕩也將成為騷擾源，因此要正確選擇相位和反饋，以避免振蕩。  

數字電路工作在脈沖狀態(tài)，其高頻分量可延伸到數百兆赫以上。另一方面，外來(lái)騷擾脈沖很容易使數字電路誤觸發(fā)。所以，數字電路既是騷擾源，又容易受到騷擾。選用較低的脈沖重復頻率和較慢的上升／下降沿，將降低數字電路產(chǎn)生的電磁騷擾。由于只有當騷擾脈沖的強度超過(guò)一定容許程度后，才能使數字電路誤觸發(fā)，這種 “容許程度” 就是敏感度門(mén)限，包括直流噪聲容限、交流噪聲容限和噪聲能量容限。CMOS和HTL電路具有效高的噪聲容限，應優(yōu)選使用。  

在對有源器件技電磁騷擾發(fā)射特性和敏感特性進(jìn)行篩選，并對電子電路進(jìn)行改進(jìn)后，應對騷擾源電路，易受騷擾影響的電路進(jìn)行分類(lèi)和集中，以減小相互影響和便于采取防護措施。  

三、印制電路板設計  

數字電路是一種最常見(jiàn)的寬帶騷擾源，而瞬態(tài)地電流和瞬態(tài)負載電流是傳導騷擾和輻射騷擾的初始源，必須通過(guò)印制電路板設計予以減小。  

當數字電路工作時(shí)，其內部的門(mén)電路將發(fā)生高低電壓之間的轉換，在轉換的過(guò)程中，隨著(zhù)導通和截止狀態(tài)的變換，會(huì )有電流從電源流入電路，或從電路流入地線(xiàn)，從而使電源線(xiàn)或地線(xiàn)上的電流產(chǎn)生不平衡而發(fā)生變化，這就是瞬態(tài)地電流，亦稱(chēng)ΔI噪聲電流。由于電源線(xiàn)和地線(xiàn)存在一定電阻和電感，其阻抗是不可忽略的，ΔI噪聲電流將通過(guò)阻抗引發(fā)電源電壓的波動(dòng)，即ΔI噪聲電壓，嚴重時(shí)將干擾其它電路或芯片的工作。為此，應盡量減小印制板地線(xiàn)和電源線(xiàn)的引線(xiàn)電感，如果使用多層板中的一層作為電源層，另選合適的一層作為接地層，ΔI噪聲電壓將減至最小。例如，當脈沖電流的變化為30mA，前后沿為3ns，則噪聲帶寬可達 100MHz，對于長(cháng)為100mm，寬為1mm，厚為0.03mm的地線(xiàn)，其阻抗可達72.5Ω，ΔI限聲電壓為2.1V；若采用多層板的接地層，阻抗僅為3.72mΩ，ΔI噪聲電壓可降至100μV，對其它電路或芯片的工作幾乎不發(fā)生影響。當然，如果在印制板上安裝去耦電容來(lái)提供一個(gè)電流源，以補償數字電路工作時(shí)所產(chǎn)生的ΔI噪聲電流，將會(huì )取得更好的效果。  

瞬態(tài)負載電流是由于門(mén)電路驅動(dòng)線(xiàn)對地電容和門(mén)電路輸入電容在數字電路轉換時(shí)所產(chǎn)生的瞬變電流。驅動(dòng)線(xiàn)對地電容在單面板條件下為 0.1pF～0.3pF／cm，多層板為0.3pF～lpF／cm。例如，脈沖前后沿為3ns，電壓變化為3.5V，驅動(dòng)線(xiàn)對地電容為0.3pF，驅動(dòng)容器輸入端數為5，單門(mén)輸入電容為5pF，則瞬態(tài)負載電流為  

瞬態(tài)負載電流與瞬態(tài)地電流復合后構成傳導騷擾和輻射騷擾。所以應盡量縮短驅動(dòng)線(xiàn)的長(cháng)度和選用單門(mén)輸入電容小的門(mén)電路。  

為了控制印制電路板的差模輻射，還應將信號和回線(xiàn)緊靠在一起，減小信號路徑形成的環(huán)路面積。因為信號環(huán)路的作用就相當于輻射或接收磁場(chǎng)的環(huán)天線(xiàn)。共模輻射是由于接地面存在地電位造成的，這個(gè)地電位就是共模電壓。當連接外部電纜時(shí)，電纜被共模電壓激勵形成共模輻射?？刂乒材］椛?，首先要減小共模電壓，例如采用地線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )或接地平面，合理選擇接地點(diǎn)；其次可采用板上濾波器或濾波器連接器濾除共模電流；也可以采用屏蔽電纜抑制共模輻射，但應注意使屏蔽層與屏蔽機箱構成完全的屏蔽體，才能取得較好的效果。當然，降低信號頻率和電平也是減小輻射的重要措施。為了減小印制板導線(xiàn)的輻射，設計時(shí)還應滿(mǎn)足20H準則，這里， H是雙面板的厚度，即元件面應比接地面縮小20H寬度，避免因邊緣效應引起的輻射。高頻或高速電路還應滿(mǎn)足2W準則，這里，W是印制板導線(xiàn)的寬度，即導線(xiàn)間距不小于兩倍導線(xiàn)寬度，以減小串擾。此外，導線(xiàn)應短、寬、均勻、直，如遇轉彎，應采用45