碩凱電子：EMC設(shè)計(jì)的核心——解決問(wèn)題

從電路保護(hù)的角度來(lái)看，每一個(gè)完整的電子電路系統(tǒng)都必須要將電磁兼容設(shè)計(jì)考慮在內(nèi)，至于為什么，在本文中將會(huì)詳細(xì)的為大家介紹?？赡軙?huì)有人問(wèn)，明明標(biāo)題寫(xiě)的是EMC設(shè)計(jì)的核心是解決問(wèn)題，那應(yīng)該本文的重點(diǎn)是在EMC設(shè)計(jì)是如何解決問(wèn)題的，又是解決的什么問(wèn)題。電子工程師都知道，所有的電子/電力設(shè)備都面臨電磁干擾的問(wèn)題，如何解決呢？回歸到本文的重點(diǎn)，就是要做好電子電路系統(tǒng)的EMC設(shè)計(jì)，但是在這之前我們先要清楚什么是電路設(shè)計(jì)，什么是電磁兼容設(shè)計(jì)。

電路設(shè)計(jì)，是指按照一定規(guī)則，使用特定方法設(shè)計(jì)出符合使用要求的電路系統(tǒng)。設(shè)計(jì)一個(gè)電子電路系統(tǒng)時(shí)，首先必須明確系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)，根據(jù)任務(wù)進(jìn)行方案選擇，然后對(duì)方案中的各個(gè)部分進(jìn)行單元的設(shè)計(jì)，參數(shù)計(jì)算和器件選擇，最后將各個(gè)部分連接在一起，畫(huà)出一個(gè)符合設(shè)計(jì)要求的完整的系統(tǒng)電路圖。

電磁兼容設(shè)計(jì)是指要使產(chǎn)品具有良好的電磁兼容性，需要專門(mén)考慮與電磁兼容相關(guān)的設(shè)計(jì)內(nèi)容。EMC 包括EMI(interference)和EMS(susceptibility),也就是電磁干擾和電磁抗干擾。電磁兼容設(shè)計(jì)一般包含以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：地線設(shè)計(jì)、線路板設(shè)計(jì)、濾波設(shè)計(jì)、屏蔽與搭接設(shè)計(jì)。

電磁干擾與電子產(chǎn)品的抗干擾能力, 既是一對(duì)難解難分的冤家對(duì)頭, 又是相互關(guān)連的矛盾統(tǒng)一體。一方面, 電子產(chǎn)品的日益普及使電磁干擾日益嚴(yán)重; 另一方面, 電磁干擾又對(duì)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提出了更高要求。其核心問(wèn)題是如何確保電子產(chǎn)品( 含電子儀器設(shè)備、家用電器) 在復(fù)雜的電磁環(huán)境中能夠正常工作并達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。

“電磁兼容性是電子設(shè)備的一種功能, 電子設(shè)備在電磁環(huán)境中能完成其功能, 而不產(chǎn)生不能容忍的干擾”。這里講的電磁環(huán)境是指存在于給定場(chǎng)所的所有電磁現(xiàn)象的總和。這表明電磁兼容性具有兩層含義: 第一, 電子產(chǎn)品應(yīng)具有抑制外部電磁干擾的能力; 第二, 該電子產(chǎn)品所產(chǎn)生的電磁干擾應(yīng)低于限度, 不得影響同一電磁環(huán)境中其他電子設(shè)備的正常工作。顯然,電磁兼容性要比單純講的抗干擾能力的意義更深遠(yuǎn)。

電磁兼容性的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。首先應(yīng)掌握有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范, 然后根據(jù)實(shí)際電磁環(huán)境提出具體要求, 進(jìn)而制定技術(shù)和工藝  上的實(shí)施方案。在設(shè)計(jì)電子儀器設(shè)備時(shí), 應(yīng)重點(diǎn)

考慮電路設(shè)計(jì)、印制板設(shè)計(jì)、隔離、退耦、濾波、接地、屏蔽等問(wèn)題。舉例說(shuō)明, 設(shè)計(jì)電路時(shí)宜選噪聲容限高、抗干擾能力強(qiáng)的 CMOS 電路來(lái)代替 T TL 電路, 用無(wú)觸點(diǎn)的固態(tài)繼電器( SSR) 取代電磁繼電器。增加消噪電路, 防止產(chǎn)生自激振蕩。對(duì)于從電源線引入或輻射出去的電磁干擾,應(yīng)在電源進(jìn)線端加裝電源噪聲濾波器( PNF) 。對(duì)機(jī)內(nèi)干擾可視情況選用低通、高通、帶通濾波器或有源濾波器。利用光電耦合器實(shí)現(xiàn)信號(hào)隔離及阻抗變換。在構(gòu)成測(cè)控系統(tǒng)時(shí)可選電磁兼容性良好的 VXI 總線儀器系統(tǒng)。選擇合適的接地方式和接地點(diǎn), 以減小電磁干擾。

利用屏蔽能有效防止機(jī)外干擾, 并限制機(jī)內(nèi)電磁場(chǎng)的泄漏。常見(jiàn)的屏蔽有三種: 電磁屏蔽, 靜電屏蔽, 磁屏蔽。其中, 電磁屏蔽用于阻止高頻電磁能量在空間的傳輸, 一般選對(duì)電磁波有明顯衰減作用、導(dǎo)電性能良好的金屬材料制成屏蔽層、屏蔽罩或屏蔽體。為加強(qiáng)屏蔽效果,精密電子儀器( 例如電荷放大器) 可設(shè)計(jì)成雙層屏蔽甚至三層屏蔽。磁屏蔽用于減小因外部磁場(chǎng)變化而產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)及感生電流。低頻磁屏蔽可選導(dǎo)磁良好的鐵磁性物質(zhì)制成。射頻磁屏蔽則由金屬導(dǎo)體制成, 利用渦流來(lái)抑制外磁場(chǎng)的影響。

為使電子產(chǎn)品的電磁兼容性達(dá)標(biāo), 印制板的設(shè)計(jì)也至關(guān)重要。以數(shù)字儀表為例, 所用數(shù)字 IC 的各輸入端一律不得懸空, 不用的輸入端也應(yīng)接合適的固定電平。控制端宜加偏置電阻( 上拉或下拉電阻) , 避免無(wú)控制信號(hào)時(shí)引入外界干擾。單片機(jī)閑置的 I/ O 端應(yīng)定義成輸出狀態(tài)。印制板上布線要合理, 盡量短捷, 減少信號(hào)間的交叉干擾。印制導(dǎo)線需拐彎時(shí), 盡量采用 45°折線或圓角線, 不要用 90°折線。時(shí)鐘振蕩器應(yīng)緊靠使用時(shí)鐘信號(hào)的電路。模擬電路與數(shù)字電路的引線不要交叉。功率器件應(yīng)布置在印制板一側(cè)并靠近邊上。有些專用集成電路還專門(mén)設(shè)計(jì)有保護(hù)環(huán), 例如 ICL 7650型斬波自穩(wěn)零式精密運(yùn)算放大器、HI7159A 型單片 5濎位 A/ D 轉(zhuǎn)換器, 使用時(shí)應(yīng)將保護(hù)環(huán)接上地電位, 起到屏蔽作用,消除被保護(hù)端的漏電流影響。對(duì)于較復(fù)雜的智能儀器或測(cè)試系統(tǒng), 應(yīng)在每組集成電路的電源線與公共地之間, 分別接入一只退耦電容, 一般取 0. 01～0. 1 F, 對(duì)于 10 MHz 以上的高頻電路, 還應(yīng)適當(dāng)減小容量。電源與地線應(yīng)盡量粗一些,以減小導(dǎo)線阻抗, 必要時(shí)可設(shè)計(jì)成地線區(qū)域。例如, 雙面板上一條長(zhǎng) 10 cm、寬 1 mm 的地線, 在7 M Hz 下的阻抗約為0. 3 , 當(dāng)?shù)鼐€電流達(dá) 1 A 時(shí)即可形成 0. 3 V 的干擾電壓; 若采用大面積區(qū)域作地線, 則干擾電壓可降至毫伏級(jí)。在設(shè)計(jì)大功率單片開(kāi)關(guān)電源時(shí), 必須把信號(hào)地與功率地線分開(kāi)布置, 最后在輸出端匯合。這是因?yàn)楣β实鼐€上有大電流通過(guò), 它在印制導(dǎo)線上形成的電壓如被引入信號(hào)端,勢(shì)必會(huì)影響穩(wěn)壓性能。

碩凱電子目前已成功組建以深圳——北京——杭州為主，輻射全國(guó)的EMC實(shí)驗(yàn)室，新增多套專業(yè)檢測(cè)設(shè)備，EMC實(shí)驗(yàn)室測(cè)試服務(wù)范圍也逐步擴(kuò)大，現(xiàn)面向全國(guó)客戶提供免費(fèi)電磁兼容測(cè)試服務(wù)，歡迎預(yù)約。

       北京EMC實(shí)驗(yàn)室：北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)宏達(dá)中路16號(hào)宏達(dá)三鼎一樓115室；聯(lián)系人：王深彪；聯(lián)系電話：010-56107311，13933876175