EMC設計中電磁幹擾分析和有效抑製方法
發布時間:2018-12-28 責任編輯:xueqi
【導讀】電(dian)子(zi)電(dian)氣(qi)產(chan)品(pin)在(zai)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)時(shi),同(tong)時(shi)向(xiang)周(zhou)圍(wei)空(kong)間(jian)輻(fu)射(she)電(dian)磁(ci)騷(sao)擾(rao),在(zai)輻(fu)射(she)的(de)騷(sao)擾(rao)場(chang)強(qiang)往(wang)往(wang)在(zai)某(mou)些(xie)頻(pin)率(lv)段(duan)超(chao)過(guo)限(xian)值(zhi)將(jiang)會(hui)影(ying)響(xiang)周(zhou)圍(wei)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)和(he)自(zi)身(shen)的(de)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。因(yin)此(ci)了(le)解(jie)超(chao)標(biao)的(de)原(yuan)因(yin)和(he)電(dian)磁(ci)發(fa)射(she)和(he)磁(ci)場(chang)幹(gan)擾(rao)的(de)抑(yi)製(zhi)方(fang)法(fa),對(dui)產(chan)品(pin)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)性(xing)(EMC)設計十分重要。
1. 電磁發射和磁場幹擾的產生機理
1)電磁發射
各種數字電路芯片和高頻模擬電路芯片運行過程中,因PCBzouxianhuochanpingebufenlianxiandeshejibuhelierchanshengtianxianxiaoying,fachudianciboyinqideshepinganrao。dangdiancibonengliangdadaoyidingzhishi,jianghuiyingxiangzhouweidianzishebeihezishendezhengchanggongzuo。
2)磁場幹擾
產品內部的電源線和高頻工作的電感性元件工作時產生的磁場通過輻射方式幹擾產品運行,造成的工作紊亂。

2. 電子產品的電磁發射及其抑製
在zai電dian子zi產chan品pin中zhong,數shu字zi電dian路lu芯xin片pian端duan口kou信xin號hao跳tiao變bian沿yan的de頻pin率lv可ke達da數shu百bai兆zhao赫he茲zi,有you些xie模mo擬ni電dian路lu信xin號hao頻pin率lv達da到dao兆zhao赫he茲zi以yi上shang,這zhe些xie數shu字zi或huo模mo擬ni信xin號hao都dou可ke能neng通tong過guo導dao線xian傳chuan導dao幹gan擾rao或huo向xiang空kong中zhong輻fu射she幹gan擾rao,影ying響xiang電dian子zi設she備bei自zi身shen並bing幹gan擾rao其qi他ta電dian子zi設she備bei。抑yi製zhi電dian磁ci發fa射she的de基ji本ben措cuo施shi有you以yi下xia方fang法fa。
2.1 降低幹擾信號的能量
1)在不影響產品整體工作性能的前提下,減小數字信號的跳變速率或降低數字信號的傳輸速度;
2)采用貼片元件,縮短高頻工作芯片的外引腳,減小傳輸高頻信號走線的長度,可抑製天線效應,減少高頻信號輻射能量。
2.2 隔離幹擾信號的傳播途徑
在電子設備中接地是抑製電磁噪聲和防止電磁幹擾重要方法之一。最簡單有效的隔離方法是屏蔽,也稱“屏蔽接地”,指為抑製幹擾而采用的屏蔽層(體)的接地,以起到良好的抗幹擾作用。常用的屏蔽有3種方法:
1)采用導磁金屬材料外殼封裝,外殼可靠接地(大地);
2)容易產生高頻輻射的局部電路或IC芯片加金屬屏蔽罩,屏蔽罩接信號地;
3)電路板中傳輸高速數字信號或高頻模擬信號的走線兩側敷銅並接信號地,實現與其他信號線的隔離。
2.3 濾波
濾波器既可抑製從電子設備引出的傳導幹擾,又能抑製從電網引入的傳導幹擾。EMI(電磁幹擾)濾波器主要是用於抑製幹擾的濾波器。EMI濾(lv)波(bo)器(qi)由(you)線(xian)性(xing)元(yuan)件(jian)電(dian)路(lu)組(zu)成(cheng),安(an)裝(zhuang)在(zai)電(dian)源(yuan)線(xian)與(yu)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)之(zhi)間(jian)。它(ta)可(ke)使(shi)電(dian)源(yuan)頻(pin)率(lv)通(tong)過(guo),而(er)阻(zu)止(zhi)高(gao)頻(pin)噪(zao)聲(sheng)通(tong)過(guo),對(dui)提(ti)高(gao)設(she)備(bei)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)有(you)重(zhong)要(yao)作(zuo)用(yong)。
1)直接在電路芯片電源引腳間接入去耦電容或去耦電阻電容,濾除通過電源走線進入芯片的高頻幹擾信號;
2)在產品交流220 V電源輸入端設置電源濾波器,防止產品工作時產生的高頻幹擾進入電網。

3. 電磁能量的幹擾機理及其抑製幹擾來源
當電子產品中的高頻導線(或銅排)中流過電流時,在導線 周圍產生的磁場;開關電源的高頻變壓器及一切電感元件在工作時必然產生的漏磁通。上述磁通穿過芯片或敏感電路模塊,半導體中的帶電粒子(電子和空穴)在zai磁ci場chang中zhong受shou到dao洛luo倫lun茲zi力li,偏pian離li原yuan來lai的de運yun動dong方fang向xiang,使shi芯xin片pian和he模mo塊kuai的de工gong作zuo電dian流liu波bo形xing受shou磁ci場chang變bian化hua的de調tiao製zhi而er發fa生sheng畸ji變bian,導dao致zhi這zhe些xie芯xin片pian或huo電dian路lu模mo塊kuai的de正zheng常chang工gong作zuo受shou到dao幹gan擾rao。信xin號hao電dian流liu總zong是shi在zai閉bi合he回hui路lu中zhong流liu動dong。當dang外wai部bu幹gan擾rao磁ci通tong穿chuan越yue閉bi合he回hui路lu包bao圍wei的de麵mian積ji時shi,會hui在zai閉bi合he回hui路lu中zhong感gan應ying電dian流liu,同tong樣yang會hui造zao成cheng電dian流liu波bo形xing畸ji變bian。抑yi製zhi電dian磁ci能neng量liang幹gan擾rao的de基ji本ben措cuo施shi有you以yi下xia方fang法fa。
3.1 屏蔽幹擾磁場方法
最常用的抑製磁場輻射幹擾的措施是采用導電或導磁材料屏蔽。
1)變化的幹擾磁通穿過導電材料(如薄銅皮)時,會在其中產生渦流,並生成方向相反的磁通,可以削弱穿過導電屏蔽層的幹擾磁通;
2)高頻變壓器磁芯外包一層形成短路環的薄銅皮,可有效抑製變壓器漏磁通外泄;
3)用導磁材料(鐵板或鋼板)做(zuo)設(she)備(bei)的(de)機(ji)箱(xiang),是(shi)整(zheng)機(ji)磁(ci)屏(ping)蔽(bi)的(de)常(chang)用(yong)方(fang)法(fa)。這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)不(bu)僅(jin)可(ke)以(yi)抵(di)抗(kang)外(wai)部(bu)幹(gan)擾(rao)磁(ci)通(tong)進(jin)入(ru)電(dian)子(zi)設(she)備(bei),而(er)且(qie)能(neng)避(bi)免(mian)內(nei)部(bu)磁(ci)通(tong)外(wai)泄(xie)。屏(ping)蔽(bi)材(cai)料(liao)導(dao)磁(ci)性(xing)越(yue)好(hao),板(ban)越(yue)厚(hou),機(ji)箱(xiang)不(bu)易(yi)發(fa)生(sheng)磁(ci)飽(bao)和(he),屏(ping)蔽(bi)效(xiao)果(guo)也(ye)越(yue)好(hao)。
3.2 減小信號電流的回路麵積
減小信號電流回路麵積的目的是減少穿越其中的幹擾磁通。常用措施:
1)采用雙絞線,使信號電流的去線和回線緊密絞合,可以縮小回包圍的麵積;
2)用(yong)屏(ping)蔽(bi)線(xian)做(zuo)外(wai)部(bu)引(yin)入(ru)的(de)信(xin)號(hao)線(xian)。使(shi)用(yong)時(shi)將(jiang)心(xin)線(xian)作(zuo)為(wei)信(xin)號(hao)電(dian)流(liu)去(qu)線(xian),銅(tong)絲(si)編(bian)織(zhi)的(de)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)作(zuo)為(wei)信(xin)號(hao)電(dian)流(liu)的(de)回(hui)線(xian),必(bi)須(xu)單(dan)端(duan)接(jie)信(xin)號(hao)地(di)。這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)的(de)回(hui)路(lu)麵(mian)積(ji)小(xiao)於(yu)雙(shuang)絞(jiao)線(xian),屏(ping)蔽(bi)層(ceng)還(hai)能(neng)實(shi)現(xian)磁(ci)場(chang)屏(ping)蔽(bi);
3)在保證絕緣安全的前提下,PCB中的信號線與地線盡量靠近以縮小信號電流回路包圍的麵積;
4)選用PCB上的IC芯片和電路模塊時,在保證電路功能的條件下,應盡量選用電源進線引腳和零伏線引腳靠近的封裝;
5)PCB設計時,在確保絕緣安全的前提下,使電源線和零伏線靠近布置。
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