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              碩凱電子:EMC設計的核心——解決問題

              發布時間:2016-11-28 17:17  

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              從電路保護的角度來看,每一個完整的電子電路系統都必須要將電磁兼容設計考慮在內,至于為什么,在本文中將會詳細的為大家介紹。可能會有人問,明明標題寫的是EMC設計的核心是解決問題,那應該本文的重點是在EMC設計是如何解決問題的,又是解決的什么問題。電子工程師都知道,所有的電子/電力設備都面臨電磁干擾的問題,如何解決呢?回歸到本文的重點,就是要做好電子電路系統的EMC設計,但是在這之前我們先要清楚什么是電路設計,什么是電磁兼容設計。

              電路設計,是指按照一定規則,使用特定方法設計出符合使用要求的電路系統。設計一個電子電路系統時,首先必須明確系統的設計任務,根據任務進行方案選擇,然后對方案中的各個部分進行單元的設計,參數計算和器件選擇,最后將各個部分連接在一起,畫出一個符合設計要求的完整的系統電路圖。

              電磁兼容設計是指要使產品具有良好的電磁兼容性,需要專門考慮與電磁兼容相關的設計內容。EMC 包括EMI(interference)EMS(susceptibility),也就是電磁干擾和電磁抗干擾。電磁兼容設計一般包含以下幾個方面的內容:地線設計、線路板設計、濾波設計、屏蔽與搭接設計。

              電磁干擾與電子產品的抗干擾能力既是一對難解難分的冤家對頭又是相互關連的矛盾統一體。一方面電子產品的日益普及使電磁干擾日益嚴重另一方面電磁干擾又對電子產品的設計提出了更高要求。其核心問題是如何確保電子產品含電子儀器設備、家用電器在復雜的電磁環境中能夠正常工作并達到設計指標。

              “電磁兼容性是電子設備的一種功能電子設備在電磁環境中能完成其功能而不產生不能容忍的干擾”。這里講的電磁環境是指存在于給定場所的所有電磁現象的總和。這表明電磁兼容性具有兩層含義第一電子產品應具有抑制外部電磁干擾的能力第二該電子產品所產生的電磁干擾應低于限度不得影響同一電磁環境中其他電子設備的正常工作。顯然,電磁兼容性要比單純講的抗干擾能力的意義更深遠。

              電磁兼容性的設計是一項復雜的系統工程。首先應掌握有關標準及規范然后根據實際電磁環境提出具體要求進而制定技術和工藝  上的實施方案。在設計電子儀器設備時應重點

              考慮電路設計、印制板設計、隔離、退耦、濾波、接地、屏蔽等問題。舉例說明設計電路時宜選噪聲容限高、抗干擾能力強的 CMOS 電路來代替 T TL 電路用無觸點的固態繼電器( SSR) 取代電磁繼電器。增加消噪電路防止產生自激振蕩。對于從電源線引入或輻射出去的電磁干擾,應在電源進線端加裝電源噪聲濾波器( PNF) 。對機內干擾可視情況選用低通、高通、帶通濾波器或有源濾波器。利用光電耦合器實現信號隔離及阻抗變換。在構成測控系統時可選電磁兼容性良好的 VXI 總線儀器系統。選擇合適的接地方式和接地點以減小電磁干擾。

              利用屏蔽能有效防止機外干擾并限制機內電磁場的泄漏。常見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電磁波有明顯衰減作用、導電性能良好的金屬材料制成屏蔽層、屏蔽罩或屏蔽體。為加強屏蔽效果,精密電子儀器例如電荷放大器可設計成雙層屏蔽甚至三層屏蔽。磁屏蔽用于減小因外部磁場變化而產生的感生電動勢及感生電流。低頻磁屏蔽可選導磁良好的鐵磁性物質制成。射頻磁屏蔽則由金屬導體制成利用渦流來抑制外磁場的影響。

              為使電子產品的電磁兼容性達標印制板的設計也至關重要。以數字儀表為例所用數字 IC 的各輸入端一律不得懸空不用的輸入端也應接合適的固定電平。控制端宜加偏置電阻上拉或下拉電阻) , 避免無控制信號時引入外界干擾。單片機閑置的 I/ O 端應定義成輸出狀態。印制板上布線要合理盡量短捷減少信號間的交叉干擾。印制導線需拐彎時盡量采用 45°折線或圓角線不要用 90°折線。時鐘振蕩器應緊靠使用時鐘信號的電路。模擬電路與數字電路的引線不要交叉。功率器件應布置在印制板一側并靠近邊上。有些專用集成電路還專門設計有保護環例如 ICL 7650型斬波自穩零式精密運算放大器、HI7159A 型單片 5濎位 A/ D 轉換器使用時應將保護環接上地電位起到屏蔽作用,消除被保護端的漏電流影響。對于較復雜的智能儀器或測試系統應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. 010. 1 F, 對于 10 MHz 以上的高頻電路還應適當減小容量。電源與地線應盡量粗一些,以減小導線阻抗必要時可設計成地線區域。例如雙面板上一條長 10 cm、寬 1 mm 的地線7 M Hz 下的阻抗約為0. 3 , 當地線電流達 1 A 時即可形成 0. 3 V 的干擾電壓若采用大面積區域作地線則干擾電壓可降至毫伏級。在設計大功率單片開關電源時必須把信號地與功率地線分開布置最后在輸出端匯合。這是因為功率地線上有大電流通過它在印制導線上形成的電壓如被引入信號端,勢必會影響穩壓性能。

              碩凱電子目前已成功組建以深圳——北京——杭州為主,輻射全國的EMC實驗室,新增多套專業檢測設備,EMC實驗室測試服務范圍也逐步擴大,現面向全國客戶提供免費電磁兼容測試服務,歡迎預約。

                     北京EMC實驗室:北京經濟技術開發區宏達中路16號宏達三鼎一樓115室;聯系人:王深彪;聯系電話:010-5610731113933876175
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