疊層固態電容電磁兼容EMC設計及測試能力 (一)

當前，日益惡化的電磁情況，使我們逐漸存眷設備的事情情況，日益存眷電磁情況對電子設備的影響，從設計開始，融入電磁兼容設計，使電子設備更靠得住的事情。


電磁兼容設計主要包括浪涌（攻擊）抗擾度、振鈴海浪涌抗擾度、電快速瞬變脈沖群抗擾度、電壓暫降、短時間斷和電壓變革抗擾度、工頻電源諧波抗擾度、靜電抗擾度、射頻電磁場輻射抗擾度、工頻磁場抗擾度、脈沖磁場抗擾度、傳導騷擾、輻射騷擾、射頻場感到的傳導抗擾度等相關設計。


電磁滋擾的主要形式


電磁滋擾主要是通過傳導和輻射方法進入系統，影響系統事情，其他的方法尚有共阻抗耦合和感到耦合。


傳導：傳導耦合即通過導電媒質將一個電網絡上的騷擾耦合到另一個電網絡上,屬頻率較低的部門(低于30MHz)。在我們的產物中傳導耦合的途徑凡是包羅電源線、信號線、互連線、接地導體等。


輻射：通過空間將一個電網絡上的騷擾耦合到另一個電網絡上，屬頻率較高的部門(高于30MHz)。輻射的途徑通過空間通報，在我們電路中引入和發生的輻射滋擾主要是各類導線形成的天線效應。


共阻抗耦合：當兩個以上差異電路的電流流過民眾阻抗時呈現的彼此滋擾。在電源線和接地導體上傳導的騷擾電流，多以這種方法引入到敏感電路。


感到耦合：通過互感道理，將在一條回路里傳輸的電信號，感到到另一條回路對其造成滋擾。分為電感到和磁感到兩種。


對這幾種途徑發生的滋擾我們應回收的相應對策：傳導采納濾波（如我們設計中每個IC的片頭電容就是起濾波浸染），輻射滋擾回收淘汰天線效應（如信號貼近地線走）、屏蔽和接地等法子，就可以或許大大提高產物的抵擋電磁滋擾的本領，也可以有效的低落對外界的電磁滋擾。


電磁兼容設計


對付一個新項目標研發設計進程，電磁兼容設計需要貫串整個進程，在設計中思量到電磁兼容方面的設計，才不致于返工，制止反復研發，可以縮短整個產物的上市時間，提高企業的效益。


一個項目從研發到投向市場需要顛末需求闡明、項目立項、項目提要設計、項目具體設計、樣品試制、成果測試、電磁兼容測試、項目投產、投向市場等幾個階段。


在需求闡明階段，要舉辦產物市場闡明、現場調研，挖掘對項目有用信息，整合項目成長前景，具體整理項目產物事情情況，實地考查安裝位置，是否對安裝有所限制空間，事情情況是否非凡，是否有腐化、濕潤、高溫等，周圍設備的事情環境，是否有惡劣的電磁情況，是否受限與其他設備，產物的研制樂成可否大大提跨越產效率，可能可否給人們的糊口或事情情況帶來很大的利便，操縱利用方法可否容易被人們所接管，這就要求項目產物要滿意現場成果需要、易于操縱等，最后要整理具體的需求闡明陳訴，以供需求評審。
顛末企業內部相關認真人的評審之后，完善需求闡明陳訴，然后是項目立項，項目立項需要組建項目組，把軟件、硬件、布局、測試等人員布置到項目組中，分派各自的職責。項目開拓的下一階段是項目提要設計，將項目解析成多個成果模塊，運用WBS解析布局對項目舉辦成果解析細化，按照事情量布置時間，布置詳細人員。整理項目提要設計陳訴，總體對項目舉辦評估，確定利用電源范例，電源漫衍環境，電源斷絕濾波方法，系統接處所式，產物屏蔽，產物布局回收屏蔽設計，回收屏蔽機箱機殼，闡明信號范例，對雷電、靜電、群脈沖等滋擾采納防護法子。


產物提要設計陳訴出來后要顛末相關人員評審，闡明實現方法是否公道，實施方案是否可行，由評審人員給出評審陳訴，項目組團結評審陳訴對提要設計舉辦修改后，進入產物具體設計階段，這階段的內容包羅道理圖設計、PCB設計、PCB采購及焊接、軟件編寫、成果調試等進程，道理圖設計應思量到電磁兼容方面的影響，對板級電源增加濾波電容，對信號的接口部門增加濾波電路，按照信號范例，選擇合

適的濾波電路，若信號為低頻型號，應選擇低通濾波電路，計較符合的停止頻率，選擇對應的電阻、電容等。另對接口部門設計大電流泄放回路，配置防雷器件，做到第三級的防雷。


一、元器件選型


我們常用的電子器件主要包羅有源器件和無源器件兩種范例，有源器件主要指IC和模塊電路等器件，無源器件主要是指電阻、電容、電感等元件。下面別離對這兩種范例元件的選型、在電磁兼容方面要思量的問題做一些先容。


有源器件EMC選型


事情電壓寬的EMC特性好，事情電壓低的EMC特性好，在設計答允的范疇內延時大（凡是所說的速度慢）特性好一些，靜態電流小、功耗小的比大的特性好，貼片封裝的器件的EMC機能好于插裝器件。


無源器件選型


無源器件在我們的應用中凡是包羅電阻、電容、電感等，對付無源器件的選型我們要留意這些元件的頻率特性和漫衍參數。


無源器件在某些頻率下，會表示出差異特性，一些電阻在高頻時擁有電感的特性，如線繞電阻，電解電容的低頻特性好，高頻特性差，而薄膜電容和瓷片電容高頻特性較好，但凡是容量較小。思量溫度對元器件的影響，按照設計道理，選用各類溫度特性的器件。


二、印制板設計


印制板設計時，要思量到滋擾對系統的影響，將電路的模仿部門和數字部門的電路嚴格分隔，對焦點電路重點防護，將系統地線環抱，并布線盡大概粗，電源增加濾波電路，回收DC-DC斷絕，信號回收光電斷絕，設計斷絕電源，闡明容易發生滋擾的部門（如時鐘電路、通訊電路等）和容易被滋擾的部門（如模仿采樣電路等），對這兩種范例的電路別離采納法子。對付滋擾元件采納抑制法子，對敏感元件采納斷絕和掩護法子，而且將它們在空間和電氣上拉開間隔。在板級設計時，還要留意元器件安排要遠離印制板邊緣，這對防護氛圍放電是有利的。


采樣電路的道理圖設計拜見圖1：



圖1：采樣電路設計。


電路的公道機關可以低落滋擾，提高電磁兼容機能。憑據電路的成果分別若干個成果模塊，闡明每個模塊的滋擾源與敏感信號，以便舉辦非凡處理懲罰。

印制板布線時，需要留意以下幾個方面：


1、保持環路面積最小，譬喻電源與地之間形成的環路，減小環路面積，將減小電磁滋擾在此回路上的感到電流，電源線盡大概接近地線，以減小差模輻射的環面積，低落滋擾對系統的影響，提高系統的抗滋擾機能。并聯的導線牢牢放在一起，利用一條粗導線舉辦毗連，信號線緊挨地平面布線可以低落滋擾。電源與地之間增加高頻濾波電容。


2、使導線長度盡大概的縮短，減小了印制板的面積，低落導線上的滋擾。


3、回收完整的地平面設計，回收多層板設計，鋪設地層，便于滋擾信號泄放。


4、使電子元件遠離大概會產生放電的平面如機箱面板、把手、螺釘等，保持機殼與地精采打仗，為滋擾提供精采的泄放通道。對敏感信號包地處理懲罰，低落滋擾。


5、只管回收貼片元器件，貼片器件比直插器件的電磁兼容機能要好得多。


6、模仿地與數字地在PCB與外界毗連處舉辦一點接地。


7、高速邏輯電路應接近毗連器邊沿，低速邏輯電路和存儲器則應部署在遠離毗連器處，中速邏輯電路則部署在高速邏輯電路和低速邏輯電路之間。


8、電路板上的印制線寬度不要突變，拐角應回收圓弧形，不要直角或尖角。


9、時鐘線、信號線也盡大概接近地線，而且走線不要過長，以減小回路的環面積。


三、系統布線設計


印制板設計出來后，舉辦試制，焊接調試，系統裝機，思量電磁兼容設計因素，機柜布局、線纜設計需要留意以下幾個方面：


1、機柜選用電磁屏蔽柜，具有精采的屏蔽機能，很好地對系統舉辦屏蔽，低落外界電磁滋擾對系統的影響。


2、總電源進線選用屏蔽電源線，并加磁環，屏蔽層在進入機柜處360度接地。


3、對系統外部信號線選用屏蔽線，屏蔽層機柜進口處精采接地。


4、設備外殼就近接機柜，制止交錯。


5、系統配置斷絕變壓器和ups，擔保系統供給純凈電源。


6、嚴格將電源線和信號線分隔，設備外殼的各個面之間和各個板子面板之間要精采打仗，打仗電阻要小于0.4歐，越小越好，擔保設備外殼精采接大地，這樣在有靜電釋放時，不會影響到系統的正常事情。


四、系統接地設計


接地是最有效的抑制騷擾源的要領，可辦理50%的EMC問題。系統基準地與大地相連，可抑制電磁騷擾。外殼金屬件直接接大地，還可以提供靜電電荷的泄漏通路，防備靜電積聚。


1、地線的觀念


安詳接地包羅掩護接地和防雷接地。

掩護接地為產物的妨礙電流進入大地提供一個低阻抗通道；

防雷接地提供泄放大電流的通路；

參考接地為產物不變靠得住事情提供參考電平，為電源和信號提供基準電位。


安詳接地是為了當呈現一些電氣異常時，為大電流和高電壓提供一個泄放的回路，主要是對電路的一種掩護法子。參考田主要是信號地和電源地，是擔保電路實現成果的基本。


2、接處所式


懸浮接地對一個獨立的與外部沒有接口的系統來說一般也沒有什么問題，可是假如該系統與其他的系統之間存著接口如通訊口和采樣線，那么懸浮接地很容易受到靜電和雷擊的影響，所以一般電子產物大多不回收懸浮接地。


單點接地當f1MHz時可以選擇單點接地，可分為并聯單點接地和多級電路串聯單點接地兩種。


并聯單點接地：每個電路模塊都接到一個單點地上，每個單位在同一點與參考點相連。


多級電路的串聯單點接地：將具有雷同特性的電路的地毗連在一起，形成一個民眾點，然后將每一個民眾點毗連到單點地。


多點接地當f>10MHz時會回收多點接地。設備中的電路都就近以接地母線為參考點。


單點接地各電路接在同一點，提供民眾電位參考點，沒有共阻抗耦合和低頻地環路，但對高頻信號存在較大的地阻抗。多點接地為就近接地，每條地線可以很短，提供較低接地阻抗。1MHz~10MHz可按照實際需要選用哪種接處所法。


殽雜接地是綜合單點接地與多點接地的利益，對系統中的低頻部門回收單點接地，對系統中高頻部門回收多點接地。


信號線屏蔽接地有高頻和低頻之分，高頻回收多點接地，低頻電纜回收單點接地。低頻電場屏蔽要求在吸收端單點接地，低頻磁場屏蔽要求在兩頭接地。多點接地， 470uf 35v，除在兩頭接地外，并以3/20或1/10事情波長的隔斷接地。


系統做到精采接地，才氣有效的抑制電磁滋擾，一個大的系統機柜首先要擔保每個面打仗精采，打仗緊湊，其次是機柜內部設備要就近接地，制止二次滋擾，就近泄放電磁滋擾。接口屏蔽線要舉辦環接，再就近接機架。機柜下方配置接地銅排，系統總地線選用銅帶較量好，對電磁滋擾舉辦很好的泄放，擔保了系統的正常運行。

電磁兼容測試


系統成果測試，滿意現場成果需要后，舉辦電磁兼容測試，電磁兼容測試容易出問題是靜電、群脈沖、浪涌、射頻場傳導等


1、靜電抗擾度檢測


參加了幾個項目標靜電抗擾度檢測，對靜電有必然認識。靜電分為打仗放電和氛圍放電，靜電是積聚的高壓，當打仗到設備的金屬外殼時會瞬間放電，會影響到電子設備的正常事情，大概引起設備妨礙或重啟，在安詳性要求較好的場所這是不答允的。


靜電會影響顯示結果，大概呈現顯示閃爍或黑屏，影響正常顯示和操縱。靜電還大概引起CPU事情異常，措施死機或重啟。


假如在產物具體設計階段回收電磁兼容的相關設計，做靜電試驗不必過度管憂，通過設計，對靜電積聚的電荷舉辦精采的泄放，不會影響系統的正常事情。


2、電快速瞬變脈沖群抗擾度檢測


電快速瞬變脈沖群是一系列的高頻高壓瞬變脈沖施加在設備上，調查設備是否受到其影響。防護群脈沖主要的要領是“疏導”“堵”，“疏導”就是提供泄放回路，是滋擾在進入系統之前，泄放至大地，精采的屏蔽層接地，可以泄放大部門動滋擾，“堵”是使群脈沖濾除在設備之外，增加磁環，結果明明，關閉磁環的結果好于對扣磁環，也可以將磁環插手到板級中，牢靠在印制板中，這樣使設備更靠得住。


對電源線、信號線、通訊線兩頭增加磁環，可以對群脈沖滋擾舉辦防護。


3、雷擊浪涌檢測


雷擊浪涌主要包括兩個方面，一個是電源防雷，一個是信號防雷。


電源防雷主要是針對系統級而言的，系統級設計要憑據三級防雷設計，總電源進入端配置電源防雷（如OBO公司的V20-C/3-PH385），可以對系統的電源舉辦一級防護， 4.7uf 100v，電源顛末電源防雷后，進入斷絕變壓器，斷絕變壓器可以對電磁滋擾信號舉辦較好的防護，抑制其對系統的影響。后進入UPS，UPS可以濾除一部門滋擾信號，這樣電源再進入系統設備，電源是一種純凈的電源，可以使系統更好、更靠得住的事情。



圖2：系統電源部門設計示例。


信號防雷是對系統的信號通路舉辦防護，主要涉及的是板級設計，在板級設計中增加防雷器件，如氣體放電管，增加TVS泄放回路，當有大電流時通過配套電阻和TVS、氣體放電管泄放，對后級電路起到掩護浸染。爾后信號舉辦光電斷絕，再進入系統，系統可以收羅到一個不變的信號，使系統正常闡明判定，正常發出指令，正常事情。另一方面就是設謀略寬的信號范疇，信號正常顛簸時，系統正常事情。


4、射頻場感到傳導的抗擾度檢測


射感試驗大概會對顯示信號、收羅驅動等造成影響，大概使顯示閃爍或黑屏，影響設備操縱，大概使收羅驅動事情異常，收羅不到需要的信號，無法驅動現場設備。


射頻試驗是0.15k～80M頻率范疇內對信號線、電源舉辦滋擾，3級強度是10V/m。


射感防護的原則是將電源、信號線的屏蔽做好，屏蔽層精采接地，選擇符合頻率舉辦濾波，將滋擾濾除。


5、輻射發射檢測、射頻場輻射抗擾度檢測


該測試主要是測試系統的抗射頻信號及整體屏蔽機能，只要系統做好精采的屏蔽，系統地線接地精采，系統就可以通過檢測。


通過相關電磁兼容測試，產物就可以推向市場，舉辦試運行了，對試運行中呈現的問題，舉辦匯總，以備產物的改造。


電子產物滿意相關的電磁兼容測試尺度，通過測試，才可以推向市場，用戶才氣安心利用，極大地減小因電磁滋擾產生的變亂，對企業的效益、產物的推廣起到努力的浸染。