硬件EMC規(guī)范講解

電磁干擾的三要素是干擾源,、干擾傳輸途徑,、干擾接收器,。EMC就圍繞這些問題進行研究?；镜母蓴_抑制技術(shù)是屏蔽,、濾波、接地,。它們主要用來切斷干擾的傳輸途徑,。廣義的電磁兼容控制技術(shù)包括抑制干擾源的發(fā)射和提高干擾接收器的敏感度，但已延伸到其他學(xué)科領(lǐng)域,。

本規(guī)范重點在單板的EMC設(shè)計上,，附帶一些必須的EMC知識及法則。在印制電路板設(shè)計階段對電磁兼容考慮將減少電路在樣機中發(fā)生電磁干擾,。問題的種類包括公共阻抗耦合、串?dāng)_,、高頻載流導(dǎo)線產(chǎn)生的輻射和通過由互連布線和印制線形成的回路拾取噪聲等,。

在高速邏輯電路里，這類問題特別脆弱,，原因很多：

1,、電源與地線的阻抗隨頻率增加而增加，公共阻抗耦合的發(fā)生比較頻繁,；

2,、信號頻率較高，通過寄生電容耦合到步線較有效,，串?dāng)_發(fā)生更容易,；

3,、信號回路尺寸與時鐘頻率及其諧波的波長相比擬,，輻射更加顯著。

4,、引起信號線路反射的阻抗不匹配問題,。
 

 總體概念及考慮 

1,、五一五規(guī)則，即時鐘頻率到5MHz或脈沖上升時間小于5ns,，則PCB板須采用多層板。

2、不同電源平面不能重疊,。

3,、公共阻抗耦合問題,。

由于地平面電流可能由多個源產(chǎn)生,，感應(yīng)噪聲可能高過模電的靈敏度或數(shù)電的抗擾度。

解決辦法：

①模擬與數(shù)字電路應(yīng)有各自的回路,，后單點接地,；
 
②電源線與回線越寬越好；
 
③縮短印制線長度,；
 
④電源分配系統(tǒng)去耦。

4,、減小環(huán)路面積及兩環(huán)路的交鏈面積,。

5、一個重要思想是：PCB上的EMC主要取決于直流電源線的Z

No.2 布局

下面是電路板布局準則：

1、 晶振盡可能靠近處理器

2,、 模擬電路與數(shù)字電路占不同的區(qū)域

3,、 高頻放在PCB板的邊緣,，并逐層排列

4,、 用地填充空著的區(qū)域

No.3 布線 

1,、電源線與回線盡可能靠近，的方法各走一面。

 
2,、為模擬電路提供一條零伏回線，信號線與回程線小與5：1。
 
3,、針對長平行走線的串?dāng)_,，增加其間距或在走線之間加一根零伏線,。
 
4,、手工時鐘布線，遠離I/O電路,，可考慮加信號回程線。
 
5,、關(guān)鍵線路如復(fù)位線等接近地回線。
 
6,、為使串?dāng)_減至小,，采用雙面＃字型布線,。
 
7,、高速線避免走直角,。
 
8、強弱信號線分開,。
 

No.4 屏蔽

1,、屏蔽 > 模型：

屏蔽效能SE(dB)＝反射損耗R(dB)＋吸收損耗A(dB)

高頻射頻屏蔽的關(guān)鍵是反射，吸收是低頻磁場屏蔽的關(guān)鍵機理,。

2,、工作頻率低于1MHz時，噪聲一般由電場或磁場引起,，(磁場引起時干擾，一般在幾百赫茲以內(nèi)),，1MHz以上,，考慮電磁干擾,。單板上的屏蔽實體包括變壓器,、傳感器、放大器,、DC/DC模塊等,。更大的涉及單板間、子架,、機架的屏蔽,。

3、 靜電屏蔽不要求屏蔽體是封閉的,，只要求高電導(dǎo)率材料和接地兩點,。電磁屏蔽不要求接地，但要求感應(yīng)電流在上有通路,，故必須閉合,。磁屏蔽要求高磁導(dǎo)率的材料做 封閉的屏蔽體，為了讓渦流產(chǎn)生的磁通和干擾產(chǎn)生的磁通相消達到吸收的目的,，對材料有厚度的要求,。高頻情況下，三者可以統(tǒng)一,，即用高電導(dǎo)率材料(如銅)封閉并接地,。

4、對低頻,，高電導(dǎo)率的材料吸收衰減少,，對磁場屏蔽效果不好，需采用高磁導(dǎo)率的材料(如鍍鋅鐵)。

5,、磁場屏蔽還取決于厚度,、幾何形狀、孔洞的大線性尺寸,。

6,、磁耦合感應(yīng)的噪聲電壓UN＝j(luò)wB.A.coso＝j(luò)wM.I1，(A為電路2閉合環(huán)路時面積,；B為磁通密度,；M為互感；I1為干擾電路的電流,。降低噪聲電壓,，有兩個途徑，對接收電路而言,，B,、A和COS0必須減小,；對干擾源而言,，M和I1必須減小。雙絞線是個很好例子,。它大大減小電路的環(huán)路面積,，并同時在絞合的另一根芯線上產(chǎn)生相反的電動勢。

7,、防止電磁泄露的經(jīng)驗公式：縫隙尺寸<λmin/20,。好的電纜屏蔽層覆視率應(yīng)為70％以上。
 

No.5 接地

1,、300KHz以下一般單點接地,，以上多點接地，混合接地頻率范圍50KHz～10MHz,。另一種分法是：< 0.05λ單點接地,；< 0.05λ多點接地。

2,、好的接地方式：樹形接地

 3,、信號電路屏蔽罩的接地。

接地點選在放大器等輸出端的地線上,。

4,、對電纜屏蔽層，L< 0.15λ時,，一般均在輸出端單點接地,。L<0.15λ時,，則采用多點接地，一般屏蔽層按0.05λ或0.1λ間隔接地,?；旌辖拥貢r，一端屏蔽層接地,，一端通過電容接地,。

5、對于射頻電路接地,，要求接地線盡量要短或者根本不用接線而實現(xiàn)接地,。的接地線是扁平銅編織帶。當(dāng)?shù)鼐€長度是λ/4波長的奇數(shù)倍時,，阻抗會很高,，同時相當(dāng)λ/4天線，向外輻射干擾信號,。

6,、單板內(nèi)數(shù)字地、模擬地有多個,，只允許提供一個共地點,。

7、接地還包括當(dāng)用導(dǎo)線作電源回線,、搭接等內(nèi)容,。

No.6 濾波

1、選擇EMI信號濾波器濾除導(dǎo)線上工作不需要的高頻干擾成份,，解決高頻電磁輻射與接收干擾。它要保證良好接地,。分線路板安裝濾波器,、貫通濾波器、連接器濾波器,。從電路形式分,，有單電容型、單電感型,、L型,、π型。π型濾波器通帶到阻帶的過渡性能,，能保證工作信號質(zhì)量,。

一個典型信號的頻譜：

2、選擇交直流電源濾波器抑制內(nèi)外電源線上的傳導(dǎo)和輻射干擾,，既防止EMI進入電網(wǎng),，危害其它電路,，又保護設(shè)備自身。它不衰減工頻功率,。DM(差摸)干擾在頻率 < 1mhz時占主導(dǎo)地位,。cm在> 1MHz時，占主導(dǎo)地位,。
 
3,、使用鐵氧體磁珠安裝在元件的引線上，用作高頻電路的去耦,，濾波以及寄生振蕩的抑制,。
 
4、盡可能對芯片的電源去耦(1-100nF),，對進入板極的直流電源及穩(wěn)壓器和DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出進行濾波(uF),。

注意減小電容引線電感，提高諧振頻率,，高頻應(yīng)用時甚至可以采取四芯電容,。電容的選取是非常講究的問題，也是單板EMC控制的手段,。

No.7 其它

單板的干擾抑制涉及的面很廣,，從傳輸線的阻抗匹配到元器件的EMC控制，從生產(chǎn)工藝到扎線方法,，從編碼技術(shù)到軟件抗干擾等,。一個機器的孕育及誕生實際上是EMC工程。主要需要工程師們設(shè)計中注入EMC意識  

在實驗測試過程中,，我們常遇到這樣的情況：雖然設(shè)計工程師在設(shè)備電源線上接了電源濾波器,，但是該設(shè)備還是不能通過"傳導(dǎo)騷擾電壓發(fā)射"測試，工程師懷疑濾波器的濾波效果不好,，不斷更換濾波器,，仍不能得到理想的效果。

兩個方面分析設(shè)備超標的原因

1）設(shè)備產(chǎn)生的騷擾太強,；

2）設(shè)備的濾波不足,。

對于第yi種情況，我們可以通過在騷擾源處采取措施,，降低騷擾的強度,，或者增加電源濾波器的階數(shù)，提高濾波器對騷擾的抑制能力來解決,。對于第二種情況,，除了濾波器自身性能不好以外，濾波器的安裝方式對它的性能影響很大,。這一點往往是被設(shè)計工程師忽視的,。在很多測試中,，我們通過更改濾波器的安裝方式就能使設(shè)備順利通過測試。

下面是一些常見的濾波器錯誤安裝方式對濾波器性能影響的實例,。

1 輸入線太長

許多設(shè)備的電源線進入機箱后,，經(jīng)過很長的導(dǎo)線才接到濾波器的輸入端。例如,，電源線從機箱后面板輸入,，走行到前面板的電源開關(guān)，又回到后面板接到濾波器,?；蛘邽V波器的安裝位置距離電源線入口較遠，造成引線太長,。如圖1所示,。

圖1 電源線過長示意圖

由于電源入口到濾波器輸入端的引線過長，設(shè)備產(chǎn)生的電磁騷擾通過電容性或電感性耦合,，重新耦合到電源線上,，而且騷擾信號的頻率越高，耦合越強,，造成實驗失敗,。

2 濾波器輸入輸出線平行走線

有的工程師為了使機箱內(nèi)部的走線美觀，常常把線纜捆扎在一起,，這對電源線是不允許的,。如果把電源濾波器的輸入輸出線平行走線或捆扎在一起，由于平行傳輸線之間存在分布電容,，這種走線方式相當(dāng)于在濾波器的輸入輸出線之間并接了一個電容,，為騷擾信號提供了一條繞過濾波器的路徑，導(dǎo)致濾波器的性能大幅下降,，頻率很高時甚至失效（如圖2所示）,。等效電容的大小與導(dǎo)線距離成反比，與平行走線的長度成正比,。等效電容越大，對濾波器性能的影響越大,。

圖2 平行走線對濾波器的影響

3 濾波器接地不好,，濾波器的殼體沒有和金

屬機箱良好搭接這種情況也比較普遍。許多工程師安裝濾波器時,，濾波器的殼體和機箱之間搭接不良（有絕緣漆）,；同時，使用的接地線較長,，這將導(dǎo)致濾波器的高頻特性變壞,，降低濾波性能,。由于接地線較長，在高頻時導(dǎo)線的分布電感不能忽視,，如果濾波器搭接良好,，干擾信號可以通過殼體直接接地。如果濾波器的殼體和機箱之間搭接不良,，相當(dāng)于濾波器的殼體（地）與機箱之間存在一個分布電容,，這將導(dǎo)致濾波器高頻時接地阻抗較大，尤其在分布電感和分布電容諧振的頻率附近,，接地阻抗趨于無窮,。濾波器接地不良對濾波器性能的影響如圖3所示。

從圖3中可以看到,，由于濾波器接地不良,，接地阻抗較大，有一部分騷擾信號能通過濾波器,。為了解決搭接不良,，應(yīng)把機箱上的絕緣漆刮掉，保證濾波器殼體和機箱有良好的電氣連接,。

圖3 濾波器接地不良對濾波器性能的影響

4 理想的安裝電源濾波器的例子（僅供參考）

圖4 電源濾波器安裝示例

在這種安裝方式下,，濾波器的殼體和機殼接觸良好，堵住電源線在機箱上的開口,，提高了機箱的屏蔽性能,；另外，濾波器的輸入輸出線之間有機箱屏蔽相隔離,，消除了輸入輸出線之間的騷擾耦合,，保證濾波器的濾波性能。

濾波器的安裝方式直接影響了濾波器的濾波效果,，為了充分發(fā)揮濾波器的性能,，在安裝濾波器時應(yīng)遵循以下原則：

5 安裝濾波器五點原則

1）在電源入口處就近安裝，用濾波器殼體蓋住機箱上的電源線入口孔,；

2）接地線越短越好,；

3）濾波器殼體與機箱良好搭接；

4）濾波器輸入輸出線分開,，不能并行或交叉,；

5）避免濾波器附近有強干擾源。

6 結(jié)論

本文主要介紹了電磁脈沖傳感器在強場強下的校準方法,，被測裝置采用模擬量光纖傳輸系統(tǒng)傳輸脈沖信號,，具有噪聲低，非線性失真小,，動態(tài)范圍大的特點,。通過測量獲得了對傳感系統(tǒng)的峰值響應(yīng)靈敏度,，一組實驗室間的比對顯示，這一校準方法具有較好的一致性,。