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关于EMC的设计思路详解

EMC解释为电磁兼容,对于PCB电源设计,有关EMC的设计至关重要。

EMC设计的基本框架:

EMC设计框架

传输源生成传输耦合路径以将发送的能量传输到接收器,并且在接收器中处理发送的能量以生成预期或意外的动作。如果接收到的能量导致接收机的意外影响,则会导致干扰。根据EMC的三个要素,有三种方法可以解决EMC问题

抑制发射源的发射,电压或电流变化越陡,干扰就越明显。例如,电火花可以产生光谱成分丰富的电磁波。数字电子是由脉冲表示的。一般来说,源信号频率越高,通信路径就越有效。数字信号的上升或下降时间必须减慢。抑制辐射源的高频光谱分量将大大降低通信路径的效率,从而降低接收器的信号电平。

尽可能使耦合路径无效,耦合主要分为传导耦合,辐射耦合,容性耦合和感性耦合,将电子设备置于完全封闭的金属保护箱中可以有效地切断通信路径,但这种方法不适合使用。金属保护箱也不可避免地具有电缆进出接口,这在实际应用中远非理想。

保护措施的成本很高。通过金属导体的直接导电通信路径实际上比辐射通信路径更有效,因此在导电通信路径上设置了障碍。这种超长电缆形成偶极子天线的电回路,形成环形天线。电缆越长,环的面积越大,电磁能的传输或接收效率就越高。电缆、电路和设备内部部件的连接将导致电路中的辐射或电磁干扰。因此,在通信路径上应尽可能避免长导线,并应控制电流回路的面积。有关辐射设计思路,辐射原理如图1所示:

辐射原理设计思路

通过上面的分析可以提供我们基本的设计思路。让辐射源不要流过这个等效的天线模型或者流过的等效的环路路径最短/等效的回流面积最小;优化等效辐射阻抗Rr的电流值即减小辐射能量。

对于时钟系统及高频信号系统,差模辐射及信号的回流面积是设计的关键。

高频线路&低频开关电源线路PCB设计之布局布线策略

高频线路低频开关电源线路布局

2

电流的走向,高频电流走感抗最低的环路;而不是最近的路!高频信号回流路径通过镜像回流!开关电源布局布线要选择最小回路!对于高频高速信号采用双面板及多层板的铺铜地架构设计是要满足关键信号的最小回流面积;对于开关电源系统的EMI辐射需要优化开关噪声回路面积,同时降低高频噪声电流强度的设计思路!

接收器不敏感,降低接收器对噪声的敏感性,同时又保留有用功能,一个有效的方法是在数字接收器中使用纠错编码了,虽然有意外的电磁能量入射到接收器上,但是纠错码能让接收器在有潜在的干扰信号存在的情况下依然正常工作。

EMC的设计案例所存在的问题

1接口滤波器件离接口太远,如图

接口滤波器件离接口
3

接口滤波器件未垂直成列布置,如图4

接口滤波器件
4

电源滤波器件未布置在一起,如图5

电源滤波器件
5

开关电源输入输出回路太大,如图6

开关电源输入输出回路
6

设计思路:开关电源板在PCB布线时控制好输入整流滤波环路、功率环路、输出整流环路、输出滤波环路的回路面积,环路要小,布线要短!如图7所示

开关电源板PCB布线
7

EMC Layout设计要点

1. 敏感信号远离大电流信号,特别是频率信号,且不要平行走线。

2. 电流回路走线尽量小。

3. 模拟地、功率地需要分开,可以通过过孔或者星型点连在一起。

4. 多路IC供电,可以并联单点接地,减少串扰。

5. 控制回路与功率回路分开。

6. 去耦电容需要靠近IC 电源Pin放置。

7. 电源做好多阶滤波,较小电容靠近芯片Pin

8. 防反、钳位保护的器件靠近连接器放置。

9. 做好高压地低压地的隔离设计。

10. 注意安规走线的间距。

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