EMC設計中的橋接介紹及作用

在過(guò)去的幾十年的硬件設計里，這個(gè)詞對國人來(lái)說(shuō)非常陌生，特別是我們50HZ、60HZ系統。

何謂橋接?維基百科中的解釋是關(guān)于通訊網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的。橋接是指連接兩個(gè)不同系統之間的橋梁，英文簡(jiǎn)稱(chēng)“bridged”，這個(gè)系統大到宇宙空間，小到微觀(guān)空間個(gè)體。在電子領(lǐng)域更可以直接指不同的工作系統，不同的單個(gè)器件。簡(jiǎn)化模型如圖1。

橋接的目的是什么?是為了兩個(gè)系統之間產(chǎn)生物理或者電氣連接，為了傳輸特定的媒介。在電子領(lǐng)域中就特指電荷，實(shí)戰上是指有用信號，無(wú)用信號、各電源的傳輸?；诖?，我們把橋接按實(shí)際實(shí)用分為三類(lèi)：信號的橋接、電源的橋接、地的橋接。

1. 信號的橋接信號橋接主要分為直流耦合橋接和交流耦合橋接。

此定義衍生于信號的直流耦合和交流耦合的傳輸方式的定義。直流耦合就是端到端的傳輸，而交流耦合是端到端高頻成份的傳輸。此應用可以參考信號完整性部分的設計。如圖2所示

2.電源的橋接傳統的硬件設計上不會(huì )采用，主要是我們EMC設計上有這個(gè)高頻回流的設計應用。EMC設計中，為了提供最低阻抗回流路徑和最小環(huán)路面積，會(huì )采用映像參考平面的設計，如圖3所示，EMC的PCB設計中會(huì )讓大部分的信號主動(dòng)參考這個(gè)平面形成回流，這里不僅是指有用信號本身，還有無(wú)形的無(wú)用信號，對有用和無(wú)用信號采用雙向控制設計。注意，對于高頻回流設計，有用信號會(huì )最終通過(guò)數字地回流，但對無(wú)用信號，他只會(huì )尋找最低阻抗路徑，所以一個(gè)完整的電源平面就會(huì )成為它的回流路徑之一。

對于穿越兩個(gè)不同直流電源平面的信號，為了保證他的回流，我們需要采用橋接設計，來(lái)實(shí)現高頻回流。圖4為示例。

有用信號因功能需要，必須通過(guò)數字地回流，實(shí)現功能上的接收采集，而對于無(wú)用信號，則不關(guān)心他是否有效識別和采集。

拋開(kāi)有用信號，EMC更關(guān)心無(wú)用信號的回流，因為他不可控，處于黑暗之中，基于此，我們需要設計一條回路給他，即如圖6。

在信號正對參考平面投影附近放置一個(gè)橋接器件，基于EMC的設計考慮，電源平面橋接只能采用電容來(lái)實(shí)現。電容值的大小選擇是根據信號的基頻決定的，為了保證他的諧波成份有效回流，你的電容的截止頻率要小于信號頻率的基頻，原理就是讓大于信號頻率的信號從此橋接電容通過(guò)，其他的不允許通過(guò)。此位置可以保證最小的環(huán)路面積，實(shí)戰運用中，可能會(huì )在一組線(xiàn)附近放置此橋接電容，原則就是集中、就近放置。

3.地的橋接3.1模擬地與數字地之間的橋接傳統的硬件中都會(huì )要求模擬地與數字地之間需要嚴格分割開(kāi)來(lái)，做到絕對的隔離，原理上講，是擔心數字地的背景噪聲串擾到模擬地，引起模擬量的失真，從而無(wú)法采集模擬信號，另一方面高頻信號串擾到模擬區，也會(huì )引起信號的失真?；谏鲜龅囊恍┛紤]，實(shí)際設計中大部分人都遵循這個(gè)原則。如果能?chē)栏癖苊釫MC的相互串擾，那么對于模擬地是不需要過(guò)多的關(guān)心，只需要保證模擬區域絕對的獨立，獨立的電源系統，獨立的信號處理，單一的模數信號進(jìn)入數字區。如圖7所示。

數字區與模擬區通過(guò)單一的信號來(lái)連接，這一拓撲結構在EMC實(shí)戰中，非常有利于我們在兩側區域做對策，注意這時(shí)候的模擬地與數字地之間的橋接都是基于原理上的應用，比如PAI型濾波電路在兩側的運用。這時(shí)候的地橋接器件就主推磁珠，高頻曲線(xiàn)好，在保證有用信號的同時(shí)，能對無(wú)用信號有很大的插入損耗，在保證電流的前提下，選擇大阻抗值，比如1200Z。

3.2數字地與電源N(或者電源0點(diǎn)位)之間的橋接現代隔離式開(kāi)關(guān)電源已經(jīng)應用廣泛，通過(guò)隔離變壓器實(shí)現電源前后級的隔離，在高頻干擾通過(guò)之后，這種隔離線(xiàn)圈易飽和，即部分通過(guò)線(xiàn)圈間的分布電容直接流到次級，形成了通路，從而旁路了隔離效果。為了降低流干擾對后級電路的影響，從EMC角度我們需要就近提供一條高頻回流路徑，這一條路徑就是我們要設計的數字地與N之間的橋接，通常采用電容橋接。在實(shí)戰中，這一電容主要服務(wù)于EMC,但因為他的位置特殊，有一定的絕緣要求，所以在選型時(shí)采用高壓電容，即Y電容/安規電容。