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研发流程中的EMC设计,EMC基础知识、测试、设计等

电磁兼容EMC 来源:未知 作者:李倩 2018-04-27 09:18 次阅读

各位EMC同仁,小编长期混迹于SI/PI领域,初入EMC,请多多指教!本系列顺着小编的EMC成长轨迹,给大家推荐几篇入门级文章,涵盖EMC基础知识、测试、设计等,均是业内广为流传的呕心之作,请各位品鉴!本期主题为研发流程中EMC设计。

当前,日益恶化的电磁环境,使我们逐渐关注设备的工作环境,日益关注电磁环境对电子设备的影响,从设计开始,融入电磁兼容设计,使电子设备更可靠的工作。对于一个新项目的研发设计过程,电磁兼容设计需要贯穿整个过程,在设计中考虑到电磁兼容方面的设计,才不致于返工,避免重复研发,可以缩短整个产品的上市时间,提高企业的效益。

一个项目从研发到投向市场需要经过需求分析、项目立项、项目概要设计、项目详细设计、样品试制、功能测试、电磁兼容测试、项目投产、投向市场等几个阶段。在需求分析阶段,要进行产品市场分析、现场调研,挖掘对项目有用信息,整合项目发展前景,详细整理项目产品工作环境,实地考察安装位置,是否对安装有所限制空间,工作环境是否特殊,是否有腐蚀、潮湿、高温等,周围设备的工作情况,是否有恶劣的电磁环境,是否受限与其他设备,产品的研制成功能否大大提高生产效率,或者能否给人们的生活或工作环境带来很大的方便,操作使用方式能否容易被人们所接受,这就要求项目产品要满足现场功能需要、易于操作等,最后要整理详细的需求分析报告,以供需求评审。

经过企业内部相关负责人的评审之后,完善需求分析报告,然后是项目立项,项目立项需要组建项目组,把软件、硬件、结构、测试等人员安排到项目组中,分配各自的职责。项目开发的下一阶段是项目概要设计,将项目分解成多个功能模块,运用WBS分解结构对项目进行功能分解细化,根据工作量安排时间,安排具体人员。整理项目概要设计报告,总体对项目进行评估,确定使用电源类型,电源分布情况,电源隔离滤波方式,系统接地方式,产品屏蔽,产品结构采用屏蔽设计,采用屏蔽机箱机壳,分析信号类型,对雷电、静电、群脉冲等干扰采取防护措施。

产品概要设计报告出来后要经过相关人员评审,分析实现方式是否合理,实施方案是否可行,由评审人员给出评审报告,项目组结合评审报告对概要设计进行修改后,进入产品详细设计阶段,这阶段的内容包括原理图设计、PCB设计PCB采购及焊接、软件编写、功能调试等过程,原理图设计应考虑到电磁兼容方面的影响,对板级电源增加滤波电容,对信号的接口部分增加滤波电路,根据信号类型,选择合适的滤波电路,若信号为低频型号,应选择低通滤波电路,计算合适的截至频率,选择对应的电阻、电容等。另对接口部分设计大电流泄放回路,设置防雷器件,做到第三级的防雷。

以下针对原理图设计、PCB设计、元器件选型、系统布线、系统接地等环节的EMC设计进行介绍。

一、元器件选型

常用的电子器件主要包括有源器件和无源器件两种类型,有源器件主要指IC和模块电路等器件,无源器件主要是指电阻、电容、电感等元件。下面分别对这两种类型元件的选型、在电磁兼容方面要考虑的问题做一些介绍。

a.有源器件EMC选型

工作电压宽的EMC特性好,工作电压低的EMC特性好,在设计允许的范围内延时大(通常所说的速度慢)特性好一些,静态电流小、功耗小的比大的特性好,贴片封装的器件的EMC性能好于插装器件。

b.无源器件选型

无源器件在我们的应用中通常包括电阻、电容、电感等,对于无源器件的选型我们要注意这些元件的频率特性和分布参数。无源器件在某些频率下,会表现出不同特性,一些电阻在高频时拥有电感的特性,如线绕电阻,电解电容的低频特性好,高频特性差,而薄膜电容和瓷片电容高频特性较好,但通常容量较小。考虑温度对元器件的影响,根据设计原理,选用各种温度特性的器件。

二、印制板设计

印制板设计时,要考虑到干扰对系统的影响,将电路的模拟部分和数字部分的电路严格分开,对核心电路重点防护,将系统地线环绕,并布线尽可能粗,电源增加滤波电路,采用DC-DC隔离,信号采用光电隔离,设计隔离电源,分析容易产生干扰的部分(如时钟电路、通讯电路等)和容易被干扰的部分(如模拟采样电路等),对这两种类型的电路分别采取措施。对于干扰元件采取抑制措施,对敏感元件采取隔离和保护措施,并且将它们在空间和电气上拉开距离。在板级设计时,还要注意元器件放置要远离印制板边沿,这对防护空气放电是有利的。

电路的合理布局可以降低干扰,提高电磁兼容性能。按照电路的功能划分若干个功能模块,分析每个模块的干扰源与敏感信号,以便进行特殊处理。印制板布线时,需要注意以下几个方面:

1、保持环路面积最小,例如电源与地之间形成的环路,减小环路面积,将减小电磁干扰在此回路上的感应电流,电源线尽可能靠近地线,以减小差模辐射的环面积,降低干扰对系统的影响,提高系统的抗干扰性能。并联的导线紧紧放在一起,使用一条粗导线进行连接,信号线紧挨地平面布线可以降低干扰。电源与地之间增加高频滤波电容。

2、使导线长度尽可能的缩短,减小了印制板的面积,降低导线上的干扰。

3、采用完整的地平面设计,采用多层板设计,铺设地层,便于干扰信号泄放。

4、使电子元件远离可能会发生放电的平面如机箱面板、把手、螺钉等,保持机壳与地良好接触,为干扰提供良好的泄放通道。对敏感信号包地处理,降低干扰。

5、尽量采用贴片元器件,贴片器件比直插器件的电磁兼容性能要好得多。

6、模拟地与数字地在PCB与外界连接处进行一点接地。

7、高速逻辑电路应靠近连接器边缘,低速逻辑电路和存储器则应布置在远离连接器处,中速逻辑电路则布置在高速逻辑电路和低速逻辑电路之间。

8、电路板上的印制线宽度不要突变,拐角应采用圆弧形,不要直角或尖角。

9、时钟线、信号线也尽可能靠近地线,并且走线不要过长,以减小回路的环面积。

三、系统布线设计

印制板设计出来后,进行试制,焊接调试,系统装机,考虑电磁兼容设计因素,机柜结构、线缆设计需要注意以下几个方面:

1、机柜选用电磁屏蔽柜,具有良好的屏蔽性能,很好地对系统进行屏蔽,降低外界电磁干扰对系统的影响。

2、总电源进线选用屏蔽电源线,并加磁环,屏蔽层在进入机柜处360度接地。

3、对系统外部信号线选用屏蔽线,屏蔽层机柜入口处良好接地。

4、设备外壳就近接机柜,避免交叉。

5、系统设置隔离变压器和ups,保证系统供应纯净电源。

6、严格将电源线和信号线分开,设备外壳的各个面之间和各个板子面板之间要

良好接触,接触电阻要小于0.4欧,越小越好,保证设备外壳良好接大地,这样在有静电释放时,不会影响到系统的正常工作。

四、系统接地设计

接地是最有效的抑制骚扰源的方法,可解决50%的EMC问题。系统基准地与大地相连,可抑制电磁骚扰。外壳金属件直接接大地,还可以提供静电电荷的泄漏通路,防止静电积累。地线分为以下几种:

1.安全接地包括保护接地和防雷接地,是为了当出现一些电气异常时,为大电流和高电压提供一个泄放的回路,主要是对电路的一种保护措施。

a.保护接地为产品的故障电流进入大地提供一个低阻抗通道。

b.防雷接地 提供泄放大电流的通路。

2.参考接地为产品稳定可靠工作提供参考电平,为电源和信号提供基准电位。参考地主要是信号地和电源地,是保证电路实现功能的基础。

常用的接地方式有以下几种:

1)悬浮接地。对一个独立的与外部没有接口的系统来说一般也没有什么问题,但是如果该系统与其他的系统之间存着接口如通讯口和采样线,那么悬浮接地很容易受到静电和雷击的影响,所以一般电子产品大多不采用悬浮接地。

2)单点接地。当f大于1MHz时可以选择单点接地,可分为并联单点接地和多级电路串联单点接地两种。

a.并联单点接地。每个电路模块都接到一个单点地上,每个单元在同一点与参考点相连。

b.多级电路的串联单点接地:将具有类似特性的电路的地连接在一起,形成一个公共点,然后将每一个公共点连接到单点地。

3)多点接地。当f小于10MHz时会采用多点接地。 设备中的电路都就近以接地母线为参考点。

单点接地各电路接在同一点,提供公共电位参考点,没有共阻抗耦合和低频地环路,但对高频信号存在较大的地阻抗。多点接地为就近接地,每条地线可以很短,提供较低接地阻抗。1MHz~10MHz可根据实际需要选用哪种接地方法。

4)混合接地是综合单点接地与多点接地的优点,对系统中的低频部分采用单点接地,对系统中高频部分采用多点接地。

5)信号线屏蔽接地 有高频和低频之分,高频线缆采用多点接地,低频电缆采用单点接地。低频电场屏蔽要求在接收端单点接地,低频磁场屏蔽要求在两端接地。多点接地,除在两端接地外,并以3/20或1/10工作波长的间隔接地。

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原文标题:20180426-入门系列之研发流程中的EMC设计

文章出处:【微信号:EMC_EMI,微信公众号:电磁兼容EMC】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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