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EMC設(shè)計基石:良好的電氣與PCB設(shè)計

發(fā)布時間:2014-07-12 責(zé)任編輯:sherryyu

【導(dǎo)讀】電磁兼容PCB設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)是對電磁干擾源的研究,從電磁干擾源處控制其電磁發(fā)射是治本的方法??刂聘蓴_源的發(fā)射,除了從電磁干擾源產(chǎn)生的機理著手降低其產(chǎn)生電磁噪聲的電平外,還需廣泛地應(yīng)用屏蔽、濾波和接地技術(shù)。EMC的主要PCB設(shè)計技術(shù)包括電磁屏蔽方法、電路的濾波技術(shù)以及應(yīng)特別注意的接地元件搭接的接地PCB設(shè)計。
 
PCB板中的EMC設(shè)計應(yīng)是任何電子器件和系統(tǒng)綜合PCB設(shè)計的一部分,它遠比試圖使產(chǎn)品達到EMC的其他方法更節(jié)約成本。電磁兼容PCB設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)是對電磁干擾源的研究,從電磁干擾源處控制其電磁發(fā)射是治本的方法。控制干擾源的發(fā)射,除了從電磁干擾源產(chǎn)生的機理著手降低其產(chǎn)生電磁噪聲的電平外,還需廣泛地應(yīng)用屏蔽(包括隔離)、濾波和接地技術(shù)。EMC的主要PCB設(shè)計技術(shù)包括電磁屏蔽方法、電路的濾波技術(shù)以及應(yīng)特別注意的接地元件搭接的接地PCB設(shè)計。
 
關(guān)于PCB板中的EMC設(shè)計。首先,優(yōu)秀的EMC設(shè)計的基礎(chǔ)是良好的電氣和機械PCB設(shè)計原則的應(yīng)用。這其中包括可靠性考慮,比如在可接受的容限內(nèi)PCB設(shè)計規(guī)范的滿足、好的組裝方法以及各種正在開發(fā)的測試技術(shù)。一般來說,驅(qū)動當今電子設(shè)備的裝置要安裝在PCB上。這些裝置由具有潛在干擾源以及對電磁能量敏感的元件和電路構(gòu)成。因此,PCB的EMC設(shè)計是EMC設(shè)計中的下一個最重要的問題。有源元件的位置、印制線的走線、阻抗的匹配、接地的PCB設(shè)計以及電路的濾波均應(yīng)在EMC設(shè)計時加以考慮。一些PCB元件還需要進行屏蔽。再次,內(nèi)部電纜一般用來連接PCB或其他內(nèi)部子組件。因此,包括走線方法和屏蔽的內(nèi)部電纜EMC設(shè)計對于任何給定器件的整體EMC來說是十分重要的。在PCB的EMC設(shè)計和內(nèi)部電纜PCB設(shè)計完成以后,應(yīng)特別注意機殼的屏蔽PCB設(shè)計和所有縫隙、穿孔和電纜通孔的處理方法。最后,還應(yīng)著重考慮輸入和輸出電源以及其他電纜的濾波問題。
 
屏蔽主要是運用各導(dǎo)電材料,制造成各種殼體與大地相連接,作用是切斷通過空間的靜電耦合、感應(yīng)耦合或交變電磁場耦合形成的電磁噪聲傳播途徑,隔離主要運用繼電器、隔離變壓器或光電隔離器等器件來切斷電磁噪聲以傳導(dǎo)形式的傳播途徑,其特點是將兩部分電路的地線系統(tǒng)分隔開來,切斷通過阻抗進行耦合的可能。屏蔽效能越高,每增加20dB的難度越大。民用設(shè)備的機箱一般僅需要40dB左右的屏蔽效能,而軍用設(shè)備的機箱一般需要60dB以上的屏蔽效能。具有較高導(dǎo)電、導(dǎo)磁特性的材料可以作為屏蔽材料。常用的屏蔽材料有鋼板、鋁板、鋁箔、銅板、銅箔等。隨著對民用產(chǎn)品電磁兼容性要求的嚴格化,越來越多的廠家采取在塑料機箱上鍍鎳或銅的方法來實現(xiàn)屏蔽。
 
濾波是將信號中特定波段頻率濾除的技術(shù),為電磁噪聲提供一低阻抗的通路,以達到抑制電磁干擾的目的。切斷干擾沿信號線或電源線傳播的路徑,與屏蔽共同構(gòu)成完善的干擾防護。例如,電源濾波器對50Hz的電源頻率呈現(xiàn)高阻抗,而對電磁噪聲頻譜呈現(xiàn)低阻抗。按照濾波對象的不同,濾波器分為交流電源濾波器、信號傳輸線濾波器和去耦濾波器。按照濾波的頻帶,濾波器可以分為低通、高通、帶通、帶阻四類濾波器。
 
其實無論是信息技術(shù)設(shè)備,還是無線電電子、電氣產(chǎn)品,都是需要有電源供電的。電源分為外電源和內(nèi)電源,電源是典型的也是危害嚴重的電磁干擾源。如電網(wǎng)的沖擊,尖峰電壓可高達千伏以上,會給設(shè)備或系統(tǒng)帶來毀滅性的破壞。另外,電源干線是多種干擾信號侵入設(shè)備的途徑。因此,電源系統(tǒng),特別是開關(guān)電源的EMC設(shè)計,是部件級PCB設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。其措施多種多樣,諸如供電電纜直接從電網(wǎng)總閘引出,電網(wǎng)引出的交流經(jīng)穩(wěn)壓、低通濾波、電源變壓器繞組間的隔離、屏蔽以及浪涌抑制和過壓過流保護等。接地包括接地、信號接地等。接地體的PCB設(shè)計、地線的布置、接地線在各種不同頻率下的阻抗等,不僅涉及產(chǎn)品或系統(tǒng)的電氣安全,而且關(guān)聯(lián)著電磁兼容和其測量技術(shù)。良好的接地可以保護設(shè)備或系統(tǒng)的正常操作以及人身安全,可以消除各種電磁干擾和雷擊等。所以接地PCB設(shè)計是非常重要的,但也是難度較大的課題。地線的種類很多,有邏輯地、信號地、屏蔽地、保護地等。接地的方式也可分單點接地、多點接地、混合接地和懸浮地等。理想的接地面應(yīng)為零電位,各接地點之間無電位差。但實際上,任何“地”或接地線都有電阻。當有電流通過時,就會產(chǎn)生壓降,使地線上的電位不為零,兩個接地點之間就會存在地電壓。當電路多點接地,并有信號聯(lián)系時,就將構(gòu)成地環(huán)路干擾電壓。因此,接地技術(shù)十分講究,如信號接地與電源接地要分開,復(fù)雜電路采用多點接地和公共地等。
 
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