EMI/EMC設(shè)計秘籍（三）：EMI/EMC設(shè)計經(jīng)典85問

2016-10-14 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

1、為什么要對產(chǎn)品做電磁兼容設(shè)計?
答:滿足產(chǎn)品功能要求、減少調(diào)試時間,使產(chǎn)品滿足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的要求,使產(chǎn)品不會對系統(tǒng)中的其它設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。
2、對產(chǎn)品做電磁兼容設(shè)計可以從哪幾個方面進(jìn)行?
答:電路設(shè)計(包括器件選擇)、軟件設(shè)計、線路板設(shè)計、屏蔽結(jié)構(gòu)、信號線/電源線濾波、電路的接地方式設(shè)計。
3、在電磁兼容領(lǐng)域,為什么總是用分貝(dB)的單位描述?
答:因?yàn)橐枋龅姆群皖l率范圍都很寬,在圖形上用對數(shù)坐標(biāo)更容易表示,而dB就是用對數(shù)表示時的單位。
4、關(guān)于EMC,我了解的不多,但是現(xiàn)在電路設(shè)計中數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾试絹碓娇?我在制做PCB板的時候,也遇到了一些PCB的EMC問題,但是覺得太潛。我想好好在這方面學(xué)習(xí)學(xué)習(xí),并不是隨大流,大家學(xué)什么我就學(xué)什么,是自己真的覺得EMC在今后的電路設(shè)計中的重要性越來越大,就像我在前面說的,自己了解不深, 不知道怎么入手,想問問,要在EMC方面做的比較出色,需要有哪些基礎(chǔ)知識,應(yīng)該學(xué)習(xí)哪些基礎(chǔ)課程。如何學(xué)習(xí)才是一條比較好的道路,我知道任何一門學(xué)問學(xué) 好都不容易,也不曾想過短期內(nèi)把他搞通,只是希望給點(diǎn)建議,盡量少走一些彎路。
答:關(guān)于EMC需要首先了解一下EMC方面的標(biāo)準(zhǔn),如 EN55022(GB9254),EN55024,以及簡單測試原理,另外需要了解EMI元器件的使用,如電容,磁珠,差模電感,共模電感等,在PCB層面需要了解PCB的布局、層疊結(jié)構(gòu)、高速布線對EMC的影響以及一些規(guī)則。還有一點(diǎn)就是對出現(xiàn)EMC問題需要掌握一些分析與解決思路。這些今后是作為一個硬件人員必須掌握的基本知識!
5、我是一個剛涉足PCB設(shè)計的新手,我想向您請教一下,要想做好PCB設(shè)計我應(yīng)該多多掌握哪方面的知識?另外,在PCB設(shè)計中遇到的關(guān)于安規(guī)方面的知識一般在哪里能找到?盼望您的指點(diǎn),不勝感激!
答: 對于PCB設(shè)計應(yīng)該掌握:(1)熟悉與掌握相關(guān)PCB設(shè)計軟件,如POWERPCB/CANDENCE等;(2)了解熟悉所設(shè)計產(chǎn)品的具體架構(gòu),同時熟悉原理圖電路知識,包含數(shù)字與模擬知識;(3)掌握PCB加工流程、工藝、可維護(hù)加工要求;(4)掌握PCB板高速信號完整性、電磁兼容(emi與 ems)、SI、PI仿真設(shè)計等相關(guān)的知識;(5)如果相關(guān)工作涉及射頻,還需掌握射頻知識;(6)對于PCB設(shè)計地的按規(guī)知識主要看GB4943或 UL60950,一般的絕緣間距要求通過查表可以得到!
6、電磁兼容設(shè)計基本原則
答:電子線路設(shè)計準(zhǔn)則電子線路設(shè)計者往往只考慮產(chǎn)品的功能,而沒有將功能和電磁兼容性綜合考慮,因此產(chǎn)品在完成其功能的同時,也產(chǎn)生了大量的功能性騷擾及其它騷擾。而且,不能滿足敏感度要求。電子線路的電磁兼容性設(shè)計應(yīng)從以下幾方面考慮:元件選擇在大多數(shù)情況下,電路的基本元件滿足電磁特性的程度將決定著功能單元和最后的設(shè)備滿足電磁兼容性的程度。選擇合適的電磁元件的主要準(zhǔn)則包括帶外特性和電路裝配技術(shù)。因?yàn)槭欠衲軐?shí)現(xiàn)電磁兼容性往往是由遠(yuǎn)離基頻的元件響應(yīng)特性來決定的。而在許多情況下,電路裝配又決定著帶外響應(yīng)(例如引線長度)和不同電路元件之間互相耦合的程度。
具體規(guī)則是:(1)在高頻時,和引線型電容器相比,應(yīng)優(yōu)先進(jìn)用引線電感小的穿心電容器或支座電容器來濾波;(2)在必須使用引線式電容時,應(yīng)考慮引線電感對濾波效率的影響;(3)鋁電解電容器可能發(fā)生幾微秒的暫時性介質(zhì)擊穿,因而在紋波很大或有瞬變電壓的電路里,應(yīng)該使用固體電容器;(4)使用寄生電感和電容量小的電阻器。片狀電阻器可用于超高頻段;(5)大電感寄生電容大,為了提高低頻部分的插損,不要使用單節(jié)濾波器,而應(yīng)該使用若干小電感組成的多節(jié)濾波器;(6)使用磁芯電感要注意飽和特性,特別要注意高電平脈沖會降低磁芯電感的電感量和在濾波器電路中的插損;(7)盡量使用屏蔽的繼電器并使屏蔽殼體接地;(8)選用有效地屏蔽、隔離的輸入變壓器;(9)用于敏感電路的電源變壓器應(yīng)該有靜電屏蔽,屏蔽殼體和變壓器殼體都應(yīng)接地;(10)設(shè)備內(nèi)部的互連信號線必須使用屏蔽線,以防它們之間的騷擾耦合;(11)為使每個屏蔽體都與各自的插針相連,應(yīng)選用插針足夠多的插頭座。
7、方波脈沖驅(qū)動電感傳感器的問題
答:(1)信號測試過程中,盡量在屏蔽環(huán)境下進(jìn)行,如果不便的話, 至少要屏蔽傳感器和前級;(2)測試過程中盡量使用差分探頭,或至少要盡可能減短探頭的接地線長度。這樣能減少測試誤差;(3)你的電路實(shí)際工作頻率并不太高,可以通過布線減少振鈴。為了噪聲特性更好,應(yīng)當(dāng)考慮共模信號的抑制問題,必要時插入共扼電抗器,同時注意整個工作環(huán)境中的開關(guān)電源噪聲,以及避免電源耦合;(4)如果傳感器允許,可以使用電流放大模式,這有利于提高速度,降低噪聲。模擬開關(guān)盡量放到前置放大器之后,盡管多了一路前放,但性能提高不少,而且降低調(diào)試難度;(5)如果十分介意波形,考慮額外的頻率補(bǔ)償。如果僅僅是數(shù)字檢測,則應(yīng)當(dāng)降低工作頻率?？偠灾?能低頻則低頻,能隔直則隔直; (6)注意AD轉(zhuǎn)換前的抗混疊濾波,以及軟件濾波,提高數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。
8、GPS電磁干擾現(xiàn)象表現(xiàn):尤其是GPS應(yīng)用在PMP這種產(chǎn)品,功能是 MP4、MP3、FM調(diào)頻+GPS導(dǎo)航功能的手持車載兩用的GPS終端產(chǎn)品,一定得有一個內(nèi)置GPSAntenna,這樣GPSAntenna與GPS終端產(chǎn)品上的MCU、SDROM、晶振等元器件很容易產(chǎn)生EMI/EMC電磁干擾,致使GPSAntenna的收星能力下降很多,幾乎沒辦法正常定位。采取什么樣的辦法可以解決這樣的EMI/EMC電磁干擾?
答:可以在上面加上ESDFilter,既有防靜電又能抗電磁干擾。我們的手機(jī)客戶帶GPS功能的就用的這個方法。做這些的廠家有泰克(瑞侃),佳邦,韓國ICT等等很多。
9、板子上幾乎所有的重要信號線都設(shè)計成差分線對,目的在增強(qiáng)信號抗干擾能力。那我一直有很多困惑的地方:(1)是否差分信號只定義在仿真信號或數(shù)字信號或都有定義?(2)在實(shí)際的線路圖中差分線對上的網(wǎng)羅如濾波器,應(yīng)如何分析其頻率響應(yīng),是否還是與分析一般的二端口網(wǎng)羅的方法一樣?(3)差分線對上承載的差分信號如何轉(zhuǎn)換成一般的信號?差分線對上的信號波形是怎樣的,相互之間的關(guān)系如何?
答:(1)差分信號只是使用兩根信號線傳輸一路信號,依靠信號間電壓差進(jìn)行判決的電路,既可以是模擬信號,也可以是數(shù)字信號。實(shí)際的信號都是模擬信號,數(shù)字信號只是模擬信號用門限電平量化后的取樣結(jié)果。因此差分信號對于數(shù)字和模擬信號都可以定義;(2)差分信號的頻率響應(yīng),這個問題好。實(shí)際差分端口是一個四端口網(wǎng)絡(luò),它存在差模和共模兩種分析方式。如下圖所示。在分析頻率相應(yīng)的時候,要分別添加同極性的共模掃頻源和互為反極性的差模掃頻源。而相應(yīng)端需要相應(yīng)設(shè)置共模電壓測試點(diǎn)Vcm=(V1+V2)/2,和差模電壓測試點(diǎn)Vdm=V1-V2。網(wǎng)絡(luò)上有很多關(guān)于差分信號阻抗計算和原理的文章,可以詳細(xì)了解一下;(3)差分信號通常進(jìn)入差分驅(qū)動電路,放大后得到差分信號。最簡單的就是差分共射鏡像放大器電路了,這個在一般的模擬電路教材都有介紹。下圖是某差分放大器件的spice電路圖和輸出信號波形,一般需要他們完全反相,有足夠的電壓差大于差模電壓門限。當(dāng)然信號不可避免有共模成分,所以差分放大器一個很重要的指標(biāo)就是共模抑制比Kcmr=Adm/Acm。
10、我為單位的直流磁鋼電機(jī)設(shè)計了一塊調(diào)速電路,電源端以用0.33uf+夏普電視機(jī)電感+0.33uf后不理想,后用4只電感串在PCB板電源端,但在30~50MHz之間超了12db,該如何處理?
答: 通常來講,LC或PI型濾波電路比單一的電容濾波或電感濾波效果要好。您所謂的電源端以用0.33uf+夏普電視機(jī)電感+0.33uf后不理想不知道是什么意思?是輻射超標(biāo)嗎?在什么頻段?我猜測直流磁鋼電機(jī)供電回路中,反饋噪聲幅度大,頻率較低,需要感值大一點(diǎn)的電感濾波,同時采用多級電容濾波,效果會好一些。
11、最近正想搞個0--150M,增益不小于80DB的寬帶放大器,請問在EMC方面應(yīng)該注意什么問題呢?
答1:寬帶放大器設(shè)計時特別要注意低噪聲問題,比如要電源供給必須足夠穩(wěn)定等。
答2:(1)注意輸入和數(shù)出的阻抗匹配問題,比如共基輸入射隨輸出等;(2)各級的退偶問題,包括高頻和低頻紋波等;(3)深度負(fù)反饋,以及防止自激振蕩和環(huán)回自激等;(4)帶通濾波氣的設(shè)計問題。
答 3:實(shí)在不好回答,看不到實(shí)際的設(shè)計,一切建議還是老生常談:注意EMC的三要素,注意傳導(dǎo)和輻射路徑,注意電源分配和地彈噪聲。150MHz是模擬信號帶寬,數(shù)字信號的上升沿多快呢?如果轉(zhuǎn)折頻率也在150MHz以下,個人認(rèn)為,傳導(dǎo)耦合,電源平面輻射將是主要考慮的因素,先做好電源的分配,分割和去耦電路吧。80dB,增益夠高的,做好前極小信號及其參考電源和地的隔離保護(hù),盡量降低這個部分的電源阻抗。
12、求教小功率直流永磁電機(jī)設(shè)計中EMC的方法和事項(xiàng)。生產(chǎn)了一款90W的直流永磁電機(jī)(110~120V,轉(zhuǎn)速2000/分鐘)EMC一直超標(biāo),生產(chǎn)后先把16槽改24槽,有做了軸絕緣,未能達(dá)標(biāo)!現(xiàn)在又要設(shè)計生產(chǎn)125W的電機(jī),如何處理?
答:直流永磁電機(jī)設(shè)計中EMC問題,主要由于電機(jī)轉(zhuǎn)動中產(chǎn)生反電動勢和換相時引起的打火。具體分析,可以使用RMxpert來設(shè)計優(yōu)化電機(jī)參數(shù),Maxwell2D來仿真EMI實(shí)際輻射。
13、是否可用阻抗邊界(Impedance)方式設(shè)定?或者用類似的分層阻抗RLC阻抗?又或者使用designer設(shè)計電路和hfss協(xié)同作業(yè)?
答:集中電阻可以用RLC邊界實(shí)現(xiàn);如果是薄膜電阻,可以用面阻抗或阻抗編輯實(shí)現(xiàn)。
14、我現(xiàn)在在對外殼有一圈金屬裝飾件的機(jī)器做靜電測試,測試中遇到:接觸放電4k時32k晶振沒問題,空氣放電8k停振的問題,如何處理?
答:有金屬的話,空氣放電和接觸放電效果差不多,建議你在金屬支架上噴絕緣漆試試。
15、我們現(xiàn)在測量PCB電磁輻射很麻煩,采用的是頻譜儀加自制的近場探頭,先不說精度的問題,光是遇到大電壓的點(diǎn)都很頭疼,生怕頻譜儀受損。不知能否通過仿真的方法解決。
答: 首先,EMI的測試包括近場探頭和遠(yuǎn)場的輻射測試,任何仿真工具都不可能替代實(shí)際的測試;其次,Ansoft的PCB單板噪聲和輻射仿真工具SIwave 和任意三維結(jié)構(gòu)的高頻結(jié)構(gòu)仿真器HFSS分別可以仿真單板和系統(tǒng)的近場和遠(yuǎn)場輻射,以及在有限屏蔽環(huán)境下的EMI輻射。仿真的有效性,取決于你對自己設(shè)計的EMI問題的考慮以及相應(yīng)的軟件設(shè)置。例如:單板上差模還是共模輻射,電流源還是電壓源輻射等等。就我們的一些實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn),絕大多數(shù)的EMI問題都可以通過仿真分析解決,而且與實(shí)際測試比較,效果非常好。
16、聽說Ansoft的EMC工具一般仿真1GHz以上頻率的,我們板上頻率最高的時鐘線是主芯片到SDRAM的只有133MHz,其余大部分的頻率都是KHz級別的。我們主要用Hyperlynx做的SI/PI設(shè)計,操作比較簡單,但是現(xiàn)在整板的EMC依舊超標(biāo),影響畫面質(zhì)量。另外,你們的工具和MentorPADS有接口嗎?
答:Ansoft的工具可以仿真從直流到幾十GHz以上頻率的信號,只是相對其它工具而言,1GHz以上的有損傳輸線模型更加精確。據(jù)我所知,HyperLynx主要是做SI和crosstalk的仿真,以及一點(diǎn)單根信號線的EMI輻射分析,目前還沒有PI分析的功能。影響單板的EMC的原因很多,解決信號完整性和串?dāng)_只是解決EMC的其中一方面,電源平面的噪聲,去耦策略,屏蔽方式,電流分布路徑等都會影響到EMC指標(biāo)。這些都可以再ansoft的SIwave工具中,通過仿真進(jìn)行考察。補(bǔ)充說明,ansoft的工具與MentorPADS有接口。
17、請說明一下什么時候用分割底層來減少干擾,什么時候用地層分區(qū)來減少干擾。
答: 分割底層,我還沒聽說過,什么意思?是否能舉個例子。地層分割,主要是為了提高干擾源和被干擾體之間的隔離度,如數(shù)模之間的隔離。當(dāng)然分割也會帶來諸如跨分割等信號完整性問題,利用ansoft的SIwave可以方便的檢查任意點(diǎn)之間的隔離度。當(dāng)然提高隔離度,還有其它辦法,分層、去耦、單點(diǎn)連接、都是辦法,具體應(yīng)用的效果可以用軟件仿真。
18、電容跨接兩個不同的電源銅箔分區(qū)用作高頻信號的回流路徑,眾所周知電容隔直流通交流,頻率越高電流越流暢,我的疑惑是現(xiàn)今接入PCB中的電平大都是經(jīng)過慮除交流的,那么如前所述電容通過的是什么呢?"交流的信號"嗎?
答 1:這個問題很有點(diǎn)玄妙,沒見過很服人的解釋。對于交流,理想的是,電源和地“短路”,然而實(shí)際上其間的阻抗不可能真的是0歐。你說的電容,容量不能太大,以體現(xiàn)出“低頻一點(diǎn)接地,搞頻多點(diǎn)接地”這一原則。這大概就是該電容的存在價值。經(jīng)常遇到這樣的情況:2個各自帶有電源的部件連接后,產(chǎn)生了莫名其妙的干擾,用個瓷片電容跨在2個電源間,干擾就沒了。
答2:該電容是用來做穩(wěn)壓和EMI用的,通過的是交流信號。“現(xiàn)今接入PCB中的電平大都是經(jīng) 過慮除交流的”的確如此,不過別忘了,數(shù)字電路本身就會產(chǎn)生交流信號而對電源造成干擾,當(dāng)大量的開關(guān)管同時作用時,對電源造成的波動是非常大的。不過在實(shí) 際中,這種電容主要是起到輔助的作用,用來提高系統(tǒng)的性能,其它地方設(shè)計的好的話,完全可以不要。
答3:交流即是變化的。對于所謂的直流電平,比如電源來說,由于布線存在阻抗,當(dāng)他的負(fù)載發(fā)生變化,對電源的需求就會變化,或大或小。這種情況下,“串聯(lián)”的布線阻抗就會產(chǎn)生或大或小的壓降。于是,直流電源上就有了交流的信號。這個信號的頻率與負(fù)責(zé)變化的頻率有關(guān)。電容的作用在于,就近存儲一定的電荷能量,讓這種變化所需要的能量可以直接從電容處獲得。近似地,電容(這時可以看成電源啦)和負(fù)載之間好像就有了一條交流回路。電容起到交流回路的作用,大致就是這樣的吧……
19、公司新做了一款手機(jī),在做3C認(rèn)證時有一項(xiàng)輻射指標(biāo)沒過,頻率為50-60M,超過了5dB,應(yīng)該是充電器引起的,就加了幾個電容,其它的沒有,電容有 1uF,100uF的。請問有沒有什么好的解決方案(不改充電器只更改手機(jī)電路)。在手機(jī)板的充電器的輸入端加電容能解決嗎?
答1:電容大的加大,小的改小,串個BIT,不過是電池導(dǎo)致的可能性不是很大。
答2:你將變頻電感的外殼進(jìn)行對地短接和屏蔽試試。
20、PCB設(shè)計如何避免高頻干擾?
答:避免高頻干擾的基本思路是盡量降低高頻信號電磁場的干擾,也就是所謂的串?dāng)_(Crosstalk)?？捎美蟾咚傩盘柡湍M信號之間的距離,或加groundguard/shunttraces在模擬信號旁邊。還要注意數(shù)字地對模擬地的噪聲干擾。
21、PCB設(shè)計中如何解決高速布線與EMI的沖突?
答:因EMI所加的電阻電容或ferritebead,不能造成信號的一些電氣特性不符合規(guī)范。所以,最好先用安排走線和PCB疊層的技巧來解決或減少EMI的問題,如高速信號走內(nèi)層。最后才用電阻電容或ferritebead的方式,以降低對信號的傷害。
22、若干PCB組成系統(tǒng),各板之間的地線應(yīng)如何連接?
答: 各個PCB板子相互連接之間的信號或電源在動作時,例如A板子有電源或信號送到B板子,一定會有等量的電流從地層流回到A板子(此為 Kirchoffcurrentlaw)。這地層上的電流會找阻抗最小的地方流回去。所以,在各個不管是電源或信號相互連接的接口處,分配給地層的管腳數(shù) 不能太少,以降低阻抗,這樣可以降低地層上的噪聲。另外,也可以分析整個電流環(huán)路,尤其是電流較大的部分,調(diào)整地層或地線的接法,來控制電流的走法(例如,在某處制造低阻抗,讓大部分的電流從這個地方走),降低對其它較敏感信號的影響。
23、PCB設(shè)計中差分信號線中間可否加地線?
答:差分信號中間一般是不能加地線。因?yàn)椴罘中盘柕膽?yīng)用原理最重要的一點(diǎn)便是利用差分信號間相互耦合(coupling)所帶來的好處,如fluxcancellation,抗噪聲(noiseimmunity)能力等。若在中間加地線,便會破壞耦合效應(yīng)。
34、適當(dāng)選擇PCB與外殼接地的點(diǎn)的原則是什么?
答: 選擇PCB與外殼接地點(diǎn)選擇的原則是利用chassisground提供低阻抗的路徑給回流電流(returningcurrent)及控制此回流電流的路徑。例如,通常在高頻器件或時鐘產(chǎn)生器附近可以借固定用的螺絲將PCB的地層與chassisground做連接,以盡量縮小整個電流回路面積,也就減少電磁輻射。
25、在電路板尺寸固定的情況下,如果設(shè)計中需要容納更多的功能,就往往需要提高PCB的走線密度,但是這樣有可能導(dǎo)致走線的相互干擾增強(qiáng),同時走線過細(xì)也使阻抗無法降低,請介紹在高速(>100MHz)高密度PCB設(shè)計中的技巧?
答: 在設(shè)計高速高密度PCB時,串?dāng)_(crosstalkinterference)確實(shí)是要特別注意的,因?yàn)樗鼘r序(timing)與信號完整性 (signalintegrity)有很大的影響。以下提供幾個注意的地方:(1)控制走線特性阻抗的連續(xù)與匹配;(2)走線間距的大小。一般?？吹降拈g 距為兩倍線寬?？梢酝高^仿真來知道走線間距對時序及信號完整性的影響,找出可容忍的最小間距。不同芯片信號的結(jié)果可能不同;(3)選擇適當(dāng)?shù)亩私臃绞? (4)避免上下相鄰兩層的走線方向相同,甚至有走線正好上下重迭在一起,因?yàn)檫@種串?dāng)_比同層相鄰走線的情形還大;(5)利用盲埋孔 (blind/buriedvia)來增加走線面積。但是PCB板的制作成本會增加。在實(shí)際執(zhí)行時確實(shí)很難達(dá)到完全平行與等長,不過還是要盡量做到。除此以外,可以預(yù)留差分端接和共模端接,以緩和對時序與信號完整性的影響。
26、PCB設(shè)計中模擬電源處的濾波經(jīng)常是用LC電路。但是為什么有時LC比RC濾波效果差?
答:LC 與RC濾波效果的比較必須考慮所要濾掉的頻帶與電感值的選擇是否恰當(dāng)。因?yàn)殡姼械母锌?reactance)大小與電感值和頻率有關(guān)。如果電源的噪聲頻率較低,而電感值又不夠大,這時濾波效果可能不如RC。但是,使用RC濾波要付出的代價是電阻本身會耗能,效率較差,且要注意所選電阻能承受的功率。
27、PCB設(shè)計中濾波時選用電感,電容值的方法是什么?
答: 電感值的選用除了考慮所想濾掉的噪聲頻率外,還要考慮瞬時電流的反應(yīng)能力。如果LC的輸出端會有機(jī)會需要瞬間輸出大電流,則電感值太大會阻礙此大電流流經(jīng) 此電感的速度,增加紋波噪聲(ripplenoise)。電容值則和所能容忍的紋波噪聲規(guī)范值的大小有關(guān)。紋波噪聲值要求越小,電容值會較大。而電容的 ESR/ESL也會有影響。另外,如果這LC是放在開關(guān)式電源(switchingregulationpower)的輸出端時,還要注意此LC所產(chǎn)生的極點(diǎn)零點(diǎn)(pole/zero)對負(fù)反饋控制(negativefeedbackcontrol)回路穩(wěn)定度的影響。
28、EMI的問題和信號完整性的問題,是相互關(guān)聯(lián)的,如何在定義標(biāo)準(zhǔn)的過程中,平衡兩者?
答:信號完整性和EMC還處于草案中不便于公開,至信號完整性和EMI兩者如何平衡,這不是測試規(guī)范的事,如果要達(dá)到二者平衡,最好是降低通信速度,但大家都不認(rèn)可。
29、PCB設(shè)計中如何盡可能的達(dá)到EMC要求,又不致造成太大的成本壓力?
答:PCB 板上會因EMC而增加的成本通常是因增加地層數(shù)目以增強(qiáng)屏蔽效應(yīng)及增加了ferritebead、choke等抑制高頻諧波器件的緣故。除此之外,通常還是需搭配其它機(jī)構(gòu)上的屏蔽結(jié)構(gòu)才能使整個系統(tǒng)通過EMC的要求。以下僅就PCB板的設(shè)計技巧提供幾個降低電路產(chǎn)生的電磁輻射效應(yīng):(1)盡可能選用信號斜率(slewrate)較慢的器件,以降低信號所產(chǎn)生的高頻成分;(2)注意高頻器件擺放的位置,不要太靠近對外的連接器;(3)注意高速信號的阻抗匹配,走線層及其回流電流路徑(returncurrentpath),以減少高頻的反射與輻射;(4)在各器件的電源管腳放置足夠與適當(dāng)?shù)娜ヱ詈想娙菀跃? 和電源層和地層上的噪聲。特別注意電容的頻率響應(yīng)與溫度的特性是否符合設(shè)計所需;(5)對外的連接器附近的地可與地層做適當(dāng)分割,并將連接器的地就近接到 chassisground;(6)可適當(dāng)運(yùn)用groundguard/shunttraces在一些特別高速的信號旁。但要注意guard /shunttraces對走線特性阻抗的影響;(7)電源層比地層內(nèi)縮20H,H為電源層與地層之間的距離。
30、PCB設(shè)計中當(dāng)一塊PCB板中有多個數(shù)/模功能塊時,常規(guī)做法是要將數(shù)/模地分開,原因何在?
答: 將數(shù)/模地分開的原因是因?yàn)閿?shù)字電路在高低電位切換時會在電源和地產(chǎn)生噪聲,噪聲的大小跟信號的速度及電流大小有關(guān)。如果地平面上不分割且由數(shù)字區(qū)域電路所產(chǎn)生的噪聲較大而模擬區(qū)域的電路又非常接近,則即使數(shù)模信號不交叉,模擬的信號依然會被地噪聲干擾。也就是說數(shù)模地不分割的方式只能在模擬電路區(qū)域距產(chǎn) 生大噪聲的數(shù)字電路區(qū)域較遠(yuǎn)時使用。
31、在高速PCB設(shè)計時,設(shè)計者應(yīng)該從那些方面去考慮EMC、EMI的規(guī)則呢?
答:一般 EMI/EMC設(shè)計時需要同時考慮輻射(radiated)與傳導(dǎo)(conducted)兩個方面。前者歸屬于頻率較高的部分(>30MHz)后者則是較低頻的部分(<30MHz)。所以不能只注意高頻而忽略低頻的部分。一個好的EMI/EMC設(shè)計必須一開始布局時就要考慮到器件的位置,PCB迭層的安排,重要聯(lián)機(jī)的走法,器件的選擇等,如果這些沒有事前有較佳的安排,事后解決則會事倍功半,增加成本。例如時鐘產(chǎn)生器的位置盡量不要靠近對外的連接器,高速信號盡量走內(nèi)層并注意特性阻抗匹配與參考層的連續(xù)以減少反射,器件所推的信號之斜率(slewrate)盡量小以減低高頻成分,選擇去耦合(decoupling/bypass)電容時注意其頻率響應(yīng)是否符合需求以降低電源層噪聲。另外,注意高頻信號電流之回流路徑使其回路面積盡量小 (也就是回路阻抗loopimpedance盡量小)以減少輻射。還可以用分割地層的方式以控制高頻噪聲的范圍。最后,適當(dāng)?shù)倪x擇PCB與外殼的接地點(diǎn) (chassisground)。
32、PCB設(shè)計時,怎樣通過安排迭層來減少EMI問題?
答:首先,EMI要從系統(tǒng)考慮,單憑PCB無法解決問題。層疊對EMI來講,我認(rèn)為主要是提供信號最短回流路徑,減小耦合面積,抑制差模干擾。另外地層與電源層緊耦合,適當(dāng)比電源層外延,對抑制共模干擾有好處。
33、PCB設(shè)計時,為何要鋪銅?
答: 一般鋪銅有幾個方面原因:(1)EMC.對于大面積的地或電源鋪銅,會起到屏蔽作用,有些特殊地,如PGND起到防護(hù)作用;(2)PCB工藝要求。一般為了保證電鍍效果,或者層壓不變形,對于布線較少的PCB板層鋪銅;(3)信號完整性要求,給高頻數(shù)字信號一個完整的回流路徑,并減少直流網(wǎng)絡(luò)的布線。當(dāng)然還有散熱,特殊器件安裝要求鋪銅等等原因。
34、安規(guī)問題:FCC、EMC的具體含義是什么?
答:FCC:federalcommunicationcommission美國通信委員會;EMC:electromegneticcompatibility電磁兼容。FCC是個標(biāo)準(zhǔn)組織,EMC是一個標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)頒布都有相應(yīng)的原因,標(biāo)準(zhǔn)和測試方法。
35、在做PCB板的時候,為了減小干擾,地線是否應(yīng)該構(gòu)成閉和形式?
答:在做PCB板的時候,一般來講都要減小回路面積,以便減少干擾,布地線的時候,也不應(yīng)布成閉合形式,而是布成樹枝狀較好,還有就是要盡可能增大地的面積。
36、PCB設(shè)計中,如何避免串?dāng)_?
答: 變化的信號(例如階躍信號)沿傳輸線由A到B傳播,傳輸線C-D上會產(chǎn)生耦合信號,變化的信號一旦結(jié)束也就是信號恢復(fù)到穩(wěn)定的直流電平時,耦合信號也就不存在了,因此串?dāng)_僅發(fā)生在信號跳變的過程當(dāng)中,并且信號沿的變化(轉(zhuǎn)換率)越快,產(chǎn)生的串?dāng)_也就越大?？臻g中耦合的電磁場可以提取為無數(shù)耦合電容和耦合電感的集合,其中由耦合電容產(chǎn)生的串?dāng)_信號在受害網(wǎng)絡(luò)上可以分成前向串?dāng)_和反向串?dāng)_Sc,這個兩個信號極性相同;由耦合電感產(chǎn)生的串?dāng)_信號也分成前向串?dāng)_和反向串?dāng)_SL,這兩個信號極性相反。耦合電感電容產(chǎn)生的前向串?dāng)_和反向串?dāng)_同時存在,并且大小幾乎相等,這樣,在受害網(wǎng)絡(luò)上的前向串?dāng)_
信號由于極性相反,相互抵消,反向串?dāng)_極性相同,疊加增強(qiáng)。串?dāng)_分析的模式通常包括默認(rèn)模式,三態(tài)模式和最壞情況模式分析。默認(rèn)模式類似我們實(shí)際對串?dāng)_測試的方式, 即侵害網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動器由翻轉(zhuǎn)信號驅(qū)動,受害網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動器保持初始狀態(tài)(高電平或低電平),然后計算串?dāng)_值。這種方式對于單向信號的串?dāng)_分析比較有效。三態(tài)模式是指侵害網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動器由翻轉(zhuǎn)信號驅(qū)動,受害的網(wǎng)絡(luò)的三態(tài)終端置為高阻狀態(tài),來檢測串?dāng)_大小。這種方式對雙向或復(fù)雜拓樸網(wǎng)絡(luò)比較有效。最壞情況分析是指將受害網(wǎng) 絡(luò)的驅(qū)動器保持初始狀態(tài),仿真器計算所有默認(rèn)侵害網(wǎng)絡(luò)對每一個受害網(wǎng)絡(luò)的串?dāng)_的總和。這種方式一般只對個別關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析,因?yàn)橐嬎愕慕M合太多,仿真速度比較慢。
37、在EMC測試中發(fā)現(xiàn)時鐘信號的諧波超標(biāo)十分嚴(yán)重,只是在電源引腳上連接去耦電容。在PCB設(shè)計中需要注意哪些方面以抑止電磁輻射呢?
答:EMC的三要素為輻射源,傳播途徑和受害體。傳播途徑分為空間輻射傳播和電纜傳導(dǎo)。所以要抑制諧波,首先看看它傳播的途徑。電源去耦是解決傳導(dǎo)方式傳播,此外,必要的匹配和屏蔽也是需要的。
38、在PCB設(shè)計中,通常將地線又分為保護(hù)地和信號地;電源地又分為數(shù)字地和模擬地,為什么要對地線進(jìn)行劃分?
答: 劃分地的目的主要是出于EMC的考慮,擔(dān)心數(shù)字部分電源和地上的噪聲會對其它信號,特別是模擬信號通過傳導(dǎo)途徑有干擾。至于信號的和保護(hù)地的劃分,是因?yàn)? EMC中ESD靜放電的考慮,類似于我們生活中避雷針接地的作用。無論怎樣分,最終的大地只有一個。只是噪聲瀉放途徑不同而已。
39、PCB設(shè)計中,在布時鐘時,有必要兩邊加地線屏蔽嗎?
答:是否加屏蔽地線要根據(jù)板上的串?dāng)_/EMI情況來決定,而且如對屏蔽地線的處理不好,有可能反而會使情況更糟。
40、近端串?dāng)_和遠(yuǎn)端串?dāng)_與信號的頻率和信號的上升時間是否有關(guān)系?是否會隨著它們變化而變化?如果有關(guān)系,能否有公式說明它們之間的關(guān)系?
答:應(yīng)該說侵害網(wǎng)絡(luò)對受害網(wǎng)絡(luò)造成的串?dāng)_與信號變化沿有關(guān),變化越快,引起的串?dāng)_越大,(V=L*di/dt)。串?dāng)_對受害網(wǎng)絡(luò)上數(shù)字信號的判決影響則與信號頻率有關(guān),頻率越快,影響越大。
41、在設(shè)計PCB板時,有如下兩個疊層方案:疊層1>信號>地>信號>電源+1.5V>信號>電源+2.5V>信號>電源+1.25V>電源+1.2V>信號>電源+3.3V>信號>電源+1.8V>信號>地>信號
疊層2>信號>地>信號>電源+1.5V>信號>地>信號>電源+1.25V+1.8V>電源+2.5V+1.2V>信號>地>信號>電源+3.3V>信號>地>信號。哪一種疊層順序比較優(yōu)選?對于疊層2,中間的兩個分割電源層是否會對相鄰的信號層產(chǎn)生影響?這兩個信號層已經(jīng)有地平面給信號作為回流路徑。
答: 應(yīng)該說兩種層疊各有好處。第一種保證了平面層的完整,第二種增加了地層數(shù)目,有效降低了電源平面的阻抗,對抑制系統(tǒng)EMI有好處。理論上講,電源平面和地平面對于交流信號是等效的。但實(shí)際上,地平面具有比電源平面更好的交流阻抗,信號優(yōu)選地平面作為回流平面。但是由于層疊厚度因素的影響,例如信號和電源層間介質(zhì)厚度小于與地之間的介質(zhì)厚度,第二種層疊中跨分割的信號同樣在電源分隔處存在信號回流不完整的問題。
42、在使用protel99se軟件設(shè)計PCB時,處理器的是89C51,晶振12MHZ系統(tǒng)中還有一個40KHZ的超聲波信號和800hz的音頻信號,此時如何設(shè)計PCB才能提供高抗干擾能力?對于89C51等單片機(jī)而言,多大的信號的時候能夠影響89C51的正常工作?除了拉大兩者之間的距離之外,還有沒有其它的技巧來提高系統(tǒng)抗干擾的能力?
答:PCB設(shè)計提供高抗干擾能力,當(dāng)然需要盡量降低干擾源信號的信號變化沿速率,具體多高頻率的信號,要看干擾信號是那種電平,PCB布線多長。除了拉開間距外,通過匹配或拓?fù)浣鉀Q干擾信號的反射,過沖等問題,也可以有效降低信號干擾。
43、請問在PCB布線中電源的分布和布線是否也需要象接地一樣注意。若不注意會帶來什么樣的問題?會增加干擾么?
答:電源若作為平面層處理,其方式應(yīng)該類似于地層的處理,當(dāng)然,為了降低電源的共模輻射,建議內(nèi)縮20倍的電源層距地層的高度。如果布線,建議走樹狀結(jié)構(gòu),注意避免電源環(huán)路問題。電源閉環(huán)會引起較大的共模輻射。
44、我做了個TFTLCD的顯示屏,別人在做EMC測試時,干擾信號通過空間傳導(dǎo)過來,導(dǎo)致屏幕顯示的圖象會晃動,幅度挺大的。誰能指點(diǎn)下,要怎么處理!是在幾股信號線上加干擾脈沖群,具體是叫什么名字我也不太清楚,干擾信號通過信號線輻射出來的。
答:如果是單獨(dú)的LCD,EMC測試中的脈沖群試驗(yàn)幾乎是過不去的,特別是用耦合鉗的時候,會夠你受的了。如果是儀器中用到了LCD,就不難解決了,例如信號線的退耦處理,導(dǎo)電膏適當(dāng)減小LCD入口的阻抗,屏表面加屏蔽導(dǎo)電絲網(wǎng)等。
45、前段時間EMC測試,GSM固定無線電話在100MHz-300MHz之間有輻射雜散現(xiàn)象。之后,公司寄給我兩部噴有靜電漆的屏蔽外殼話機(jī),實(shí)驗(yàn)室不準(zhǔn)換整部話機(jī),我就把噴有鐵磁性材料的靜電漆的外殼換到了要修改測試的話機(jī)上。測試結(jié)果顯示以前的雜散現(xiàn)象沒有了,但是主頻出現(xiàn)了問題,話機(jī)工作的主頻是 902MHz,但在905-910MHz之間又出現(xiàn)了幾個頻率,基本情況就是這樣。修改過程中,我只換了外殼,電路板和其他硬件都沒有做任何修改。
答:話機(jī)種類可以理解為:無線手機(jī)、無繩電話等等。需要明確一下:話機(jī)的類型、主機(jī)工作頻率范圍以及機(jī)殼靜電噴涂材料的類型:如鐵磁類或非鐵磁類導(dǎo)電材料以及導(dǎo)電率等。
46、使用ProtelDxp實(shí)心敷銅時選pouroverallsamenetobjects有什么副作用?會不會引起干擾信號在整塊板上亂竄,從而影響性能?我做的是一塊低頻的數(shù)據(jù)采集卡,這個問題可能不需要擔(dān)心,但還是想搞清楚。
答1:對于模、數(shù)混合的PCB板,模、數(shù)、地建議分開,最后再同點(diǎn)接地,如用“瓷珠”或0歐電阻連接。高速的數(shù)據(jù)線最好有兩根地線平行走,可以減少干擾。
答2:pouroverallsamenetobjects對信號的性能沒有什么影響,只是對一些焊盤的焊接有影響,散熱比較快。這樣做對EMI應(yīng)該是有好處的。增加焊盤與銅的接觸面積。
答3:實(shí)心敷銅時選pouroverallsamenetobjects不會有副作用。應(yīng)該選擇為鋪花焊盤而不是實(shí)心焊盤,因?yàn)閷?shí)心焊盤散熱快,可能導(dǎo)致回流焊時發(fā)生立碑的情況。
47、請問什么是磁珠,有什么用途?磁珠連接、電感連接或者0歐姆電阻連接又是什么?
答: 磁珠專用于抑制信號線、電源線上的高頻噪聲和尖峰干擾,還具有吸收靜電脈沖的能力。磁珠是用來吸收超高頻信號,象一些RF電路,PLL,振蕩電路,含超高頻存儲器電路(DDRSDRAM,RAMBUS等)都需要在電源輸入部分加磁珠,而電感是一種蓄能元件,用在LC振蕩電路,中低頻的濾波電路等,其應(yīng)用頻率范圍很少超過錯50MHZ。
磁珠的功能主要是消除存在于傳輸線結(jié)構(gòu)(電路)中的RF噪聲,RF能量是疊加在直流傳輸電平上的交流正弦波成分,直流成分是需要的有用信號,而射頻RF能量卻是無用的電磁干擾沿著線路傳輸和輻射(EMI)。要消除這些不需要的信號能量,使用片式磁珠扮演高頻電阻的角色 (衰減器),該器件允許直流信號通過,而濾除交流信號。通常高頻信號為30MHz以上,然而,低頻信號也會受到片式磁珠的影響。
要正確的選擇磁珠,必須注意以下幾點(diǎn):(1)不需要的信號的頻率范圍為多少;(2)噪聲源是誰;(3)需要多大的噪聲衰減;(4)環(huán)境條件是什么(溫度,直流電壓,結(jié)構(gòu) 強(qiáng)度);(5)電路和負(fù)載阻抗是多少;(6)是否有空間在PCB板上放置磁珠。前三條通過觀察廠家提供的阻抗頻率曲線就可以判斷。在阻抗曲線中三條曲線都非常重要,即電阻,感抗和總阻抗?？傋杩雇ㄟ^ZR22πfL()2+:=fL來描述。通過這一曲線,選擇在希望衰減噪聲的頻率范圍內(nèi)具有最大阻抗而在低頻和直流下信號衰減盡量小的磁珠型號。片式磁珠在過大的直流電壓下,阻抗特性會受到影響,另外,如果工作溫升過高,或者外部磁場過大,磁珠的阻抗都會受到不利的影響。使用片式磁珠和片式電感的原因:是使用片式磁珠還是片式電感主要還在于應(yīng)用。在諧振電路中需要使用片式電感。而需要消除不需要的EMI噪聲時, 使用片式磁珠是最佳的選擇。
48、剛才是做硬件設(shè)計的工作。請教各位怎么樣確定消除導(dǎo)線間串?dāng)_得電容容值。
答:在PCB布線時應(yīng)該注意不要有太長的平行走線,尤其是高速或高擺幅信號。如果無法避免,其間保持足夠的距離或者添加地線隔離。受體積限制和抗干擾要求高的部位可用金屬屏蔽合隔離。
49、在實(shí)際做產(chǎn)品的時候發(fā)現(xiàn)了一個很頭疼的問題。將開發(fā)的樣機(jī)放在某個干擾很厲害的車上的時候,為了解決續(xù)流的問題,講一個小電瓶并接在汽車的電源上(加了一個二極管防止小電瓶的電壓被拉跨。)但是發(fā)現(xiàn)一旦與汽車的打鐵地線一連接,終端就會被干擾。有好的建議嗎?
答: 這是很明顯的EMC問題,車上電火花干擾,導(dǎo)致你的終端設(shè)備被干擾,這個干擾可能是輻射,也可能是傳導(dǎo)到你的終端。這個問題很多種原因:(1)接地問題, 你的終端主板上地線的走線問題,布銅的情況;(2)外殼的屏蔽問題,做好是金屬外殼,將不是金屬部分外殼用錫箔封上,可以一試;(3)線路板的布局,電源部分和CPU部分盡量分開,電源部分走線要盡量粗,盡量短,布線規(guī)則很重要;(4)線路板的層數(shù)比較重要,一般汽車上電子產(chǎn)品主板最好是至少4層板,兩層板抗干擾可能較差;(5)加磁環(huán),你可以考慮在做試驗(yàn)時在電源線上套上磁環(huán)。當(dāng)然可能還有很多別的解決方法,具體情況可能不一樣,希望對你能夠有所幫助。
50、問在電路中,為什么在SCL、SDA、AS都串聯(lián)一個電阻,電阻的大小在電路中都會有什么影響?
答:上拉是增加抭干擾能力的,一般取值Vcc/1mA~10K;串聯(lián)是阻尼用的,一般取33ohm~470ohm,即當(dāng)信號線上的脈沖頻率較高時將會從線的一端反射到另一端,這將可能影響數(shù)據(jù)及有EMI,加串一個電阻在線中間將可有效控制這種反射。
51、品在做CE/FCC測試時,如果在200MHz時輻射偏高,超過可接受的范圍,應(yīng)該怎么消除,磁珠應(yīng)該怎么選擇,另外晶振倍頻部分的輻射應(yīng)該如何去消除。
答: 你談到的問題實(shí)在是太簡單,沒有辦法給與你一個非常準(zhǔn)確的答復(fù),不過根據(jù)我個人的經(jīng)驗(yàn),給點(diǎn)思考的方法。如果你能肯定是倍頻,則主要對產(chǎn)生倍頻的器件進(jìn)行進(jìn)行處理,這應(yīng)該是有目標(biāo)的,在處理是可以直接試一試,將產(chǎn)生倍頻的器件進(jìn)行一個簡單的屏蔽(只需要用可樂罐做個屏蔽罩,關(guān)鍵是要注意接地)。在進(jìn)行測試看看輻射值是否降低,如果降低則明確輻射的來源,在專門對其進(jìn)行屏蔽處理。如果沒有變化,則應(yīng)重點(diǎn)考慮一下,露在外面的傳輸線,如果傳輸線能接地一定要接地,最好能采用屏蔽線試一試,看看有沒有變化,以確認(rèn)是否與傳輸線有關(guān)。最后就是箱體本身的屏蔽問題,這個問題比較復(fù)雜,而且成本較高,是在沒有辦法的情況才考慮解決的方式。這幾種方式都嘗試后,輻射值應(yīng)該會降低的。
52、最近在寫一個2KW的吸塵器軟件,功能是實(shí)現(xiàn)了,但過不了EMC。請指點(diǎn) 下,軟件上面采用哪種算法,可以過EMC功能簡述如下:(1)軟起動和軟調(diào)速功能。(所謂軟起動也就是電機(jī)慢慢的加速,速度不會突變);(2)可以調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速;(3)是用可控硅控制電機(jī)的?？刂品绞绞菍φ也〝夭?在硬件方面,電路很簡單,硬件處理EMC就只一個0.1uF的安規(guī)電容。
答:和硬件方面溝通,可能要多下功夫,單純軟件很難解決。
53、DECODER中的DA的轉(zhuǎn)換頻率從芯片里面順電源和地輻射出來,為166M。我在電源上并了個1N,或630P,或30P但都屢不掉。兩層板,電源回路很短,請給點(diǎn)建議,并分析下濾不掉的原因。
答1:電源的質(zhì)量差(負(fù)載能力),DA應(yīng)該單獨(dú)用一個電源。
答2:首先檢查輸出端接地是否良好,在將信號輸出端口串BEAD試試。
答3:我認(rèn)為你可以將其地用100M磁珠損號166M高頻。
54、要做多路的溫度采集,用的是K型熱電偶,電源用電荷泵轉(zhuǎn)換模塊,信號調(diào)理部分想用AD620和OP07做二級放大,現(xiàn)在有幾個地方不太有把握,請做過的幫忙!一是電源,我現(xiàn)在用12v電瓶供電,用電荷泵轉(zhuǎn)換成+/-12v,這樣的電壓有一定的紋波,對信號的采集比較不利,是否該直接用電瓶電壓做成單電源的呢?二是熱電偶的兩個信號端是否按AD620的數(shù)據(jù)手冊上例子一樣直接輸入AD620的輸入端即可,我看手冊上還有EMIFILTER的部分,這部分對測量熱電偶的情況應(yīng)該怎么加進(jìn)去呢?熱電偶的冷端是該接地還是接一個穩(wěn)定的電壓呢?三,因?yàn)槲乙蟮臏囟壬婕暗搅阆?因此AD620輸出后要分別經(jīng)過同相放大和反相放大再送入A/D端口,我打算用OP07制作二級濾波,一級是無限增益濾波電路,二級是同相放大2倍和反相放大2倍的濾波電路,不知道這樣可不可以?
答:如你的熱電偶的冷端接地(許多設(shè)備熱電偶一端已接地),而且測溫零度以下,你最好還是用+/-電源。這是通常的做法。電源的紋波要好,但不一定正負(fù)對稱,你可再加穩(wěn)定的LDO實(shí)現(xiàn)。低頻濾波對結(jié)果很有影響,但一級濾波應(yīng)能滿足,EMI部分要看你的應(yīng)用環(huán)境。對多路測溫,你可將多路器放在放大之前以降低成本。多路器應(yīng)要差分輸入,熱電偶輸入導(dǎo)線也應(yīng)是熱電偶型的,挺貴的。
55、電磁兼容的一些基本問題:認(rèn)證中經(jīng)常遇到的一些EMC問題。
答: 下面是總結(jié)出來的一些針對于電子產(chǎn)品中的部分問題。一般電子產(chǎn)品都最容易出的問題有:RE——輻射,CE——傳導(dǎo),ESD——靜電。通訊類電子產(chǎn)品不光包括以上三項(xiàng):RE,CE,ESD,還有Surge——浪涌(雷擊,打雷)。醫(yī)療器械最容易出現(xiàn)的問題是:ESD——靜電,EFT——瞬態(tài)脈沖抗干擾,CS ——傳導(dǎo)抗干擾,RS——輻射抗干擾。針對于北方干燥地區(qū),產(chǎn)品的ESD--靜電要求要很高。針對于像四川和一些西南多雷地區(qū),EFT防雷要求要很高。
56、請問怎樣才能去除IC中的電磁干擾?
答:IC 受到的電磁干擾,主要是來自靜電(ESD)。解決IC免受ESD干擾,一方面在布板時候要考慮ESD(以及EMI)的問題,另一方面要考慮增加器件進(jìn)行 ESD保護(hù)。目前有兩種器件:壓敏電阻(Varistor)和瞬態(tài)電壓抑制器TVS(TransientVoltageSuppressor)。前者由氧化鋅構(gòu)成,響應(yīng)速度相對慢,電壓抑制相對差,而且每受一次ESD沖擊,就會老化,直到失效。而TVS是半導(dǎo)體制成,響應(yīng)速度快,電壓抑制好,可以無限次使用。從成本角度看,壓敏電阻成本要比TVS低。
57、電磁干擾現(xiàn)象表現(xiàn):尤其是GPS應(yīng)用在PMP這種產(chǎn)品,功能是MP4、MP3、FM調(diào) 頻+GPS導(dǎo)航功能的手持車載兩用的GPS終端產(chǎn)品,手持車載兩用的GPS導(dǎo)航終端一定的有一個內(nèi)置GPSAntenna,這樣GPSAntenna與 GPS終端產(chǎn)品上的MCU、SDROM、晶振等元器件很容易產(chǎn)生電磁干擾,致使GPSAntenna的收星能力下降很多,幾乎沒辦法正常定位。不知道有沒有GPS設(shè)計開發(fā)者遇到過這樣的電磁干擾,然后采取有效的辦法解決這樣的電磁干擾,什么樣的解決辦法??
答1:我覺得這個問題主要出在電路設(shè)計上,多半是電路的保護(hù)跟屏蔽做的不好,我現(xiàn)在的客戶已經(jīng)沒有這方面的困惑了,他們現(xiàn)在有兩部分電磁干擾現(xiàn)象,但基本都已經(jīng)解決,bluetooth的電磁干擾和遙控器的電磁干擾,解決辦法:第1項(xiàng)我還沒找到答案,第2項(xiàng)增大遙控器的有效距離到5M。
答2:各功能模塊在PCB上的分布很重要,在 PCBLayer之前要根據(jù)電流大小,各部分晶體頻率,合理規(guī)劃,然后各部分接地非常重要,此為解決共電源和地的干擾。根據(jù)實(shí)測,主要振蕩源之間的空間距離對輻射影響很大,稍遠(yuǎn)離對干擾有明顯降低,如空間不允許,有必要對其做局部屏蔽,但前提是在PCB同一塊接地區(qū)內(nèi),然后對電源的出入口去耦,磁珠電容是不錯的選擇,藍(lán)牙及GPS可印板電感。電源DC/DC的轉(zhuǎn)換頻率選擇也很重要,不要讓倍頻(多次諧波)與其他電路的頻率(特別是接受)重合,有些DC /DC頻率是固定的,加簡單的濾波電路就可以。同頻抑制是引起GPS接受和遙控接受靈敏度下降的主要原因。還有,接受電路的本振幅度要調(diào)的盡量小,否則會成為一個持續(xù)的干擾源。我們將藍(lán)牙,GPS接受,另一個2.4GHz收發(fā)器,433M遙控接收均繼承在一個盒子內(nèi),效果還不錯,GPS接收靈敏度很高。
58、遇到一個單片機(jī)系統(tǒng):(1)主控芯片摩托羅拉的MC908JL3;(2)8M陶瓷諧振;(3)電源采用連接線接入?，F(xiàn)在是EMI中的傳導(dǎo)電壓在24M的位置單點(diǎn)超標(biāo)0.8dB。請各位指點(diǎn)有沒有什么好的方法抑制超標(biāo)。列入加磁環(huán)、加Y2電容等。再有這個頻率是傳導(dǎo)范圍還是輻射范圍?
答:到底是EMI實(shí)驗(yàn)中24M超標(biāo)還是做傳導(dǎo)時24M超標(biāo),如果是前者的話就是輻射超標(biāo),若是后者則傳導(dǎo)超標(biāo)。
59、用雙向可控硅控制直流電機(jī)的調(diào)速,但電機(jī)會干擾電源影響過零檢則,造成不受控或速度妀變。請各位指教!
答1:出現(xiàn)這中現(xiàn)象的可能性有:(1)電機(jī)屬于非阻性負(fù)載,所以電路中產(chǎn)生相位移動,導(dǎo)致控制不準(zhǔn),可以加電容過濾;(2)一般雙向可控硅控制大功率或大電流負(fù)載,采用過零導(dǎo)通,而不是調(diào)相,可減少EMC的影響。
答2:流移相調(diào)速很常用的,如果過零檢測的硬件部分沒問題的話,就要仔細(xì)改進(jìn)軟件的處理方式了,在一個周期內(nèi)(50Hz20mS)要處理兩次可控硅的導(dǎo)通,檢測到過零后的延遲輸出時間決定你的移相角度。
60、請問那位大俠做過V.35、E1、G.703(64K)、繼電器接口的EMC設(shè)計?能否給點(diǎn)建議?主要要過下面幾個標(biāo) 準(zhǔn):GB/T17626.12(IEC61000-4-12)電磁兼容試驗(yàn)和測量技術(shù),振蕩波抗干擾度試驗(yàn);GB /T17626.2(IEC61000-4-2)電磁兼容試驗(yàn)和測量技術(shù),靜電放電抗干擾度試驗(yàn);GB/T17626.3(IEC61000-4-3)電磁兼容試驗(yàn)和測量技術(shù),射頻電磁場輻射抗干擾度測試;GB/T17626.4(IEC61000-4-4)電磁兼容試驗(yàn)和測量技術(shù),電快速瞬變脈沖群抗干擾度試驗(yàn);GB/T17626.5(IEC61000-4-5)電磁兼容試驗(yàn)和測量技術(shù),浪涌沖擊抗干擾度試驗(yàn);GB /T17626.6(IEC61000-4-6)電磁兼容試驗(yàn)和測量技術(shù),射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗干擾度。
答:這些標(biāo)準(zhǔn)都是EMC測試的一些基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn),還需要結(jié)合你的產(chǎn)品確定具體指標(biāo)。你的這些接口是通信接口,一般有標(biāo)準(zhǔn)電路。當(dāng)單板原理圖濾波設(shè)計、PCB的正確布局布線設(shè)計的時候,一般都可以通過測試,其他情況下需要增加EMC濾波、瞬態(tài)抑制器件,這需要結(jié)合具體接口分析。
61、布線不能跨越分割電源之間的間隙,哪位大蝦可以給個詳細(xì)說明啊?
答:如果一個電源層被分割成幾個不同的電源部分,如有3.3V、5V等的電源,信號線最好不要同時出現(xiàn)在不同的電源平面上,即布線不能跨越分割電源之間的間隙,否則會出現(xiàn)不必要的EMC問題,對地也一樣,布線也不能跨越分割地之間的間隙。
62、現(xiàn)用單片機(jī)通過達(dá)林頓管、光藕控制一12V繼電器來控制交流接觸器的吸合,在吸合瞬間常導(dǎo)致單片機(jī)復(fù)位,通過示波器測復(fù)位腳,能檢測到有效復(fù)位信號(使用三腳的復(fù)位IC)。單片機(jī)使用5V供電,5V穩(wěn)壓管前后均已接1000uF電容,且用示波器檢測未發(fā)現(xiàn)電源波動。另外,如果繼電器空載(不接交流接觸器) 則未發(fā)現(xiàn)復(fù)位現(xiàn)象。請問各位該如何解決?
答1:可以在交流接觸器線圈兩端并聯(lián)一電阻和電容串聯(lián)的阻容吸收回路,電容的容量在0.01uF~0.47uF之間現(xiàn)在,耐壓最好高于線圈額定電壓的2~3倍,看這樣行不行?
答2:這個應(yīng)該是交流接觸器動作時產(chǎn)生的EMC干擾所致。樓上朋友的阻容吸收是個不錯的解決辦法,同時也可以考慮在12V繼電器的輸出觸點(diǎn)并聯(lián)100P到47P的高壓電容試試。
答3:在交流接觸器加RC吸收是有效的。但是你還的檢查你的電源回路,看看你的CPU電源走線是否太長,盡量在芯片的電源腳上并去偶電容,還有就是穩(wěn)壓部分也可以加LC吸收回路,盡可能的吸收來自電源的干擾。
答4:先不帶負(fù)載看看是否有同樣現(xiàn)象出現(xiàn),分級判斷排出問題。可先不接光藕,再不接繼電器。如果不接光藕還是出現(xiàn)復(fù)位,查查硬件輸出端口是否和復(fù)位有短路,如果沒有復(fù)位,可以接光藕但不接繼電器。
還出現(xiàn)復(fù)位可能的情況是地線太細(xì),復(fù)位腳的地離光藕太近而且遠(yuǎn)離電源,光藕的限流電阻太小,導(dǎo)致地電位瞬時抬高。布線時CPU要遠(yuǎn)離大電流的器件,地線采用星型單點(diǎn)接地。如果還是出現(xiàn)復(fù)位,就是繼電器線圈和馳點(diǎn)電弧或大負(fù)載的變化引起的電磁干擾。可采取屏蔽和消除觸點(diǎn)拉弧的一些方法來解決。多數(shù)情況是電源沒處理好,地線或+5V線過長過細(xì)。CPU位置不合理。
63、交流濾波器與直流濾波是否可以互用?一般而言,交流線濾波器可以用在直流的場合,但是直流線濾波器絕對不能用在交流的場合,這是為什么?
答:直流濾波器中使用的旁路電容是直流電容,用在交流條件下可能會發(fā)生過熱而損壞,如果直流電容的耐壓較低,還會被擊穿而損壞。即使不會發(fā)生這兩種情況,一般直流濾波器中的共模旁路電容的容量較大,用在交流的場合會發(fā)生過大的漏電流,違反安全標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
64、在一個盒式設(shè)備中,比如以太網(wǎng)交換機(jī)或PC機(jī),存在機(jī)殼地和電路地工作地,我發(fā)現(xiàn)有些設(shè)備將兩個地用電容連接,有些用0電阻連接,有些用鐵氧體連接,究竟哪一個對?
答:我們一般使用102高壓瓷介電容。
65、“機(jī)構(gòu)的防護(hù)”是指什么?是不是機(jī)殼的防護(hù)?
答:是的,機(jī)殼要盡量嚴(yán)密,少用或不用導(dǎo)電材料,盡可能接地。
66、請問產(chǎn)品全部采用金屬做為外殼(如鋁,不銹鋼等材質(zhì))對產(chǎn)品的ESD防護(hù)有何大的影響?應(yīng)怎樣處理較好?
答:產(chǎn)品全部用金屬外殼,如果接地不良當(dāng)然不利于ESD的防護(hù),但只要做好接地就不會有什么問題。至于如何接地就要看設(shè)備的具體情況了,如果是大型設(shè)備,可以通過設(shè)備直接接大地,效果當(dāng)然會很理想的。
67、為什么頻譜分析儀不能觀測靜電放電等瞬態(tài)干擾?
答:因?yàn)轭l譜分析儀是一種窄帶掃頻接收機(jī),它在某一時刻僅接收某個頻率范圍內(nèi)的能量。而靜電放電等瞬態(tài)干擾是一種脈沖干擾,其頻譜范圍很寬,但時間很短,這樣頻譜分析儀在瞬態(tài)干擾發(fā)生時觀察到的僅是其總能量的一小部分,不能反映實(shí)際的干擾情況。
68、在現(xiàn)場進(jìn)行電磁干擾問題診斷時,往往需要使用近場探頭和頻譜分析儀,怎樣用同軸電纜制作一個簡易的近場探頭?
答:將同軸電纜的外層(屏蔽層)剝開,使芯線暴露出來,將芯線繞成一個直徑1~2厘米小環(huán)(1~3匝),焊接在外層上。
69、測量人體的生物磁信息是一種新的醫(yī)療診斷方法,這種生物磁的測量必須在磁場屏蔽室中進(jìn)行,這個屏蔽室必須能屏蔽從靜磁場到1GHz的交變電磁場,請?zhí)岢鲞@個屏蔽室的設(shè)計方案。
答: 首先考慮屏蔽材料的選擇問題,由于要屏蔽頻率很低的磁場,因此要使用高導(dǎo)磁率的材料,比如坡莫合金。由于坡莫合金經(jīng)過加工后,導(dǎo)磁率會降低,必須進(jìn)行熱處理。因此,屏蔽室要作成拼裝式的,由板材拼裝而成。事先將各塊板材按照設(shè)計加工好,然后進(jìn)行熱處理,運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場,十分小心的進(jìn)行安裝。每塊板材的結(jié)合處要重疊起來,以便形成連續(xù)的磁通路。這樣構(gòu)成的屏蔽室能夠?qū)Φ皖l磁場有較好的屏蔽效能,但縫隙會產(chǎn)生高頻泄漏。為了彌補(bǔ)這個不足,在坡莫合金屏蔽室的外層用鋁板焊接成第二層屏蔽,對高頻電磁場起到屏蔽作用。
70、設(shè)計屏蔽機(jī)箱時,根據(jù)哪些因素選擇屏蔽材料?
答:從電磁屏蔽的角度考慮,主要要考慮所屏蔽的電場波的種類。對于電場波、平面波或頻率較高的磁場波,一般金屬都可以滿足要求,對于低頻磁場波,要使用導(dǎo)磁率較高的材料。
71、機(jī)箱的屏蔽效能除了受屏蔽材料的影響以外,還受什么因素的影響?
答:受兩個因素的影響,一是機(jī)箱上的導(dǎo)電不連續(xù)點(diǎn),例如孔洞、縫隙等;另一個是穿過屏蔽箱的導(dǎo)線,如信號電纜、電源線等。
72、屏蔽磁場輻射源時要注意什么問題?
答:由于磁場波的波阻抗很低,因此反射損耗很小,而主要靠吸收損耗達(dá)到屏蔽的目的。因此要選擇導(dǎo)磁率較高的屏蔽材料。另外,在做結(jié)構(gòu)設(shè)計時,要使屏蔽層盡量遠(yuǎn)離輻射源(以增加反射損耗),盡量避免孔洞、縫隙等靠近輻射源。
73、在設(shè)計屏蔽結(jié)構(gòu)時,有一個原則是:盡量使機(jī)箱內(nèi)的電纜遠(yuǎn)離縫隙和孔洞,為什么?
答:由于電纜近旁總是存在磁場,而磁場很容易從孔洞泄漏(與磁場的頻率無關(guān))。因此,當(dāng)電纜距離縫隙和孔洞很近時,就會發(fā)生磁場泄漏,降低總體屏蔽效能。