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PCB設計中的EMC問題和哪些因素有關

time : 2018-06-09 16:20       作者:蜜柚app二维码安卓下载pcb

1、係統設計:

在進行係統級的EMC設計時,應先確定EMI幹擾源,而不是盲目的對金屬殼或線纜進行“包粽子”,隻有確定了EMI幹擾源才能有步驟的對EMI輻射源進行比較好的屏蔽、濾波或其他手段;其次就是要進行耦合機製的界定並進行EMI修複工作;
常見的EMI輻射器件有晶振、開關電源、振蕩器、時鍾芯片、高速數據傳輸芯片、VCO等;
常見的輻射和發射源有無線發射機、電機、開關、焊機、電動機、靜電放電等。
而常見的耦合介質有天線、機箱、公共地、電源線、互連線等。
EMI主要的傳導路徑有:電源線纜耦合、信號電纜耦合、共地耦合。
2、結構影響:
對於金屬機箱屏蔽性能不完善引起的輻射騷擾發射超標,應采取以下措施:
(1)機箱的縫隙過大或機箱的搭接存在問題
(2)其它功能性開孔過大
(3)機箱內部布線不當、電磁騷擾透過縫隙泄漏
對非金屬機箱的輻射騷擾發射超標,應采取以下措施:
(1)對機箱進行導電性噴塗
(2)局部屏蔽罩設計
(3)線纜的屏蔽處理
(4)合理的接地處理
3、線纜影響:
隻要可能,絕對不要使用一個電纜的屏蔽作為一個信號的返回通路。並要盡一切可能選用雙絞對或三導體或有更多導體的絞合電纜。以確保該電纜對一個給定信號能提供所有所需要的發送和返回電流通路。這個技術降低了在電纜和它的電磁環境之間磁場和電長的差模和共模耦合。
線纜和導線都是良好的天線。它們容易將攜載的信號泄露進入它們周圍的環境中(發射)。
線纜和導線同時也會對它們所處環境中的電磁騷擾拾波。而使它們所攜載的信號質量變差(抗擾度)。
4、元器件選型有關係:
以壓敏電阻為例:壓敏電阻(VSR):當壓敏電阻器兩端所加電壓低於標稱額定電壓時,壓敏電阻器的電阻值將接近無窮大,內部幾乎無電流通過。當壓敏電阻器兩端電壓略高於標稱額定電壓時,壓敏電阻器將迅速擊穿導通,並由高阻狀態變為低阻狀態,工作電流也急劇增大。當兩端電壓低於標稱額定電壓時,壓敏電阻器又能恢複為高阻狀態。當壓敏電阻器兩端電壓超過其最大限製電壓時,壓敏電阻器將完全擊穿損壞,無法再自行恢複。壓敏電阻器的主要特點是工作電壓範圍寬(6~3000V,分若幹檔)。起到電壓保護、防雷、抑製浪湧電流、吸收尖峰脈衝、限幅、消噪等作用。
5、和SI/PI仿真有關係:
單板PCB的EMC設計主要從互連傳輸信號和電源\地平麵組成的電源分配係統兩方麵著手。對於單板PCB上的互連傳輸信號,目前主要從SI仿真和一些經驗規則的應用兩方麵著手,如通過SI仿真抑製信號的過衝,降緩信號上升下降沿,從而達到減小信號對外的電磁幹擾;通過SI仿真加大信號的噪聲裕量,減小信號的振鈴,從而提高信號的抗幹擾能力;通過優化信號回路,拉大信號間距,采取良好的地屏蔽等措施改善信號的EMI。對於單板PCB上電源\地平麵組成的電源分配係統,目前主要從PI仿真方麵著手,如通過PI仿真優化平麵阻抗,改善PCB層疊結構及平麵分割等等。
單板EMC設計措施對單板EMC的改善效果很難進行趨勢預估,更談不上相對量化的預估和控製,主要原因在於單板EMC設計的複雜性和高難度性。一方麵單板EMC產生的原因是多方麵的,很多時候蜜柚app安卓考慮不周全,漏掉了一些主要因素,導致采取了很多EMC設計措施後測試改善不理想;另一方麵由於個人的因素,很多EMC措施處理不到位或者仿真錯誤等,造成在單板上采取了很多EMC措施後測試仍然不理想;最後大多數EMC措施都有其局限性和負麵影響,過度采用將會對單板EMC設計起到負麵作用,很多時候蜜柚app二维码安卓下载隻考慮到EMC設計措施的正麵影響。以上這些因素決定了在單板EMC設計完成前後需要對單板進行整體EMC仿真對比驗證,甚至有必要對一些主要EMC設計措施的改善效果進行仿真對比驗證。
6、接地
接地的目的:
(1)建立與大地相連接的低阻抗通路,使雷擊電流、靜電放電電流等從接地通路直接流入大地,而不致影響設備或係統的正常工作及人身安全;
(2)建立設備外殼與附近金屬導體之間的低阻抗通路,當設備中存在漏電流時,不至於危及人身安全;
(3)設備或係統的各部分都連接到一個公共參考點,消除兩個懸浮電路之間可能存在的幹擾電壓;
(4)將屏蔽體接地、起到屏蔽作用;
(5)將濾波器接地,使濾波器能起到抑製共模幹擾的作用;
PCB板上信號電路參考地平麵,提供一個信號最短的返回路徑;較大的回路麵積會產生較強的電磁輻射、增加電路之間的互感耦合、會增加電路對外界電磁場的敏感性。
7、PCB設計的關係(重要性和必要性不言而喻)
當PCB板裏有射頻電流通過時,這個電流要從電流發生電路流出,在到達負載後,還要通過返回路徑流回到電流發生器,形成電流的閉合回路,電流在流過閉合回路時就會產生磁場。按照電磁場的理論,伴隨磁場產生的同時,又會產生一個輻射的電場。通過電場和磁場的交互作用就形成射頻輻射能量的產生與傳播。這就是開關電源PCB板引起輻射幹擾的主要原因。
8、軟件抗幹擾技術:
冗餘技術、容錯技術、標誌技術、數字濾波技術等
9、屏蔽:
抑製以場的形式造成幹擾的有效方法是電磁屏蔽。所謂電磁屏蔽就是以某種材料(導電或導磁材料)製成的屏蔽殼體(實體的或非實體的)將需要屏蔽的區域封閉起來,形成電磁隔離,即其內的電磁場不能越出這一區域,而外來的輻射電磁場不能進入這一區域(或者進出該區域的電磁能量將受到很大的衰減)。
電磁屏蔽的作用原理是利用屏蔽體對電磁能量的反射、吸收和引導作用。而這些作用是與屏蔽結構表麵上和屏蔽體內感生的電荷、電流與極化現象密切相關的。
電磁屏蔽是用屏蔽體阻止高頻電磁能量在空間傳播的一種措施,屏蔽體的材料是金屬導體或其他對電磁波有衰減作用的材料。屏蔽效能的大小與電磁波的性質及屏蔽體的材料性質有關。
高電壓、小電流幹擾源以電場為主;低電壓、大電流以磁場幹擾為主。
10、濾波:
濾波技術是抑製電氣、電子設備傳導電磁幹擾,提高電氣、電子設備傳導抗擾度水平的主要手段,也是保證設備整體或局部屏蔽效能的重要輔助措施。
實踐表明,即使一個經過很好設計並且具有正確的屏蔽和接地措施的產品,也仍然會有傳導騷擾發射或傳導騷擾進入設備。濾波是壓縮信號回路騷擾頻譜的一種方法,當騷擾頻譜成分不同於有用信號的頻帶時,可以用濾波器將無用的騷擾濾除。濾波器的作用是允許工作信號通過。而對非工作信號(電磁騷擾)有很大的衰減作用,使產生幹擾的機會減為最小。
電磁幹擾(EMI)濾波器屬於低通濾波器,包括電源線濾波器、信號線濾波器等。為了滿足EMC標準規定的傳導發射和傳導敏感度極限值要求,使用EMI濾波器是一種好方法。