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電磁兼容設計的幾種形式及測試技術分析

-2019-09-09-

當前,日益惡化的電磁環境,使我們逐漸關注設備的工作環境,日益關注電磁環境對電子設備的影響,從設計開始,融入電磁兼容設計,使電子設備更可靠的工作。

電磁兼容設計主要包含浪湧(沖擊)抗擾度、振鈴波浪湧抗擾度、電快速瞬變脈沖群抗擾度、電壓暫降、短時中斷和電壓變化抗擾度、工頻電源諧波抗擾度、靜電抗擾度、射頻电磁场辐射抗扰度、工频磁场抗扰度、脉冲磁场抗扰度、传导骚扰、辐射骚扰、射頻场感应的传导抗扰度等相关设计。

電磁幹擾的主要形式

電磁幹擾主要是通過傳導和輻射方式進入系統,影響系統工作,其他的方式還有共阻抗耦合和感應耦合。

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,屬頻率較低的部分(低于30MHz)。在我們的av电影在线中傳導耦合的途徑通常包括電源線、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,屬頻率較高的部分(高于30MHz)。輻射的途徑通過空間傳遞,在我們電路中引入和産生的輻射幹擾主要是各種導線形成的天線效應。

共阻抗耦合:當两个以上不同電路的電流流过公共阻抗时出现的相互干扰。在电源线和接地导体上传导的骚扰電流,多以这种方式引入到敏感電路。

感應耦合:通過互感原理,將在一條回路裏傳輸的電信號,感應到另一條回路對其造成幹擾。分爲電感應和磁感應兩種。

對這幾種途徑産生的幹擾我們應采用的相應對策:傳導采取濾波(如我們設計中每個IC的片頭電容就是起濾波作用),輻射幹擾采用減少天線效應(如信號貼近地線走)、屏蔽和接地等措施,就能夠大大提高av电影在线的抵抗電磁幹擾的能力,也可以有效的降低對外界的電磁幹擾。

電磁兼容設計

对于一个新项目的研发设计过程,電磁兼容設計需要贯穿整个过程,在设计中考虑到电磁兼容方面的设计,才不致于返工,避免重复研发,可以缩短整个av电影在线的上市时间,提高企业的效益。

一個項目從研發到投向市場需要經過需求分析、項目立項、項目概要設計、項目詳細設計、樣品試制、功能測試、电磁兼容測試、项目投产、投向市场等几个阶段。

在需求分析階段,要進行av电影在线市場分析、現場調研,挖掘對項目有用信息,整合項目發展前景,詳細整理項目av电影在线工作環境,實地考察安裝位置,是否對安裝有所限制空間,工作環境是否特殊,是否有腐蝕、潮濕、高溫等,周圍設備的工作情況,是否有惡劣的電磁環境,是否受限與其他設備,av电影在线的研制成功能否大大提高生産效率,或者能否給人們的生活或工作環境帶來很大的方便,操作使用方式能否容易被人們所接受,這就要求項目av电影在线要滿足現場功能需要、易于操作等,要整理詳細的需求分析報告,以供需求評審。 

经过企业内部相关负责人的评审之后,完善需求分析报告,然后是项目立项,项目立项需要组建项目组,把软件、硬件、结构、測試等人员安排到项目组中,分配各自的职责。项目开发的下一阶段是项目概要设计,将项目分解成多个功能模块,运用WBS分解結構對項目進行功能分解細化,根據工作量安排時間,安排具體人員。整理項目概要設計報告,總體對項目進行評估,確定使用電源類型,電源分布情況,電源隔離濾波方式,系統接地方式,av电影在线屏蔽,av电影在线結構采用屏蔽設計,采用屏蔽機箱機殼,分析信號類型,對雷電、靜電、群脈沖等幹擾采取防護措施。

av电影在线概要設計報告出來後要經過相關人員評審,分析實現方式是否合理,實施方案是否可行,由評審人員給出評審報告,項目組結合評審報告對概要設計進行修改後,進入av电影在线詳細設計階段,這階段的內容包括原理圖設計、PCB設計PCB采購及焊接、软件编写、功能调试等过程,原理圖设计应考虑到电磁兼容方面的影响,对板级电源增加滤波電容,对信号的接口部分增加滤波電路,根据信号类型,选择合适的滤波電路,若信号为低频型号,应选择低通滤波電路,计算合适的截至频率,选择对应的電阻、電容等。另对接口部分设计大電流泄放回路,设置防雷器件,做到第三级的防雷。

一、元器件選型

我們常用的電子器件主要包括有源器件和無源器件兩種類型,有源器件主要指IC和模块電路等器件,无源器件主要是指電阻、電容、電感等元件。下面分别对这两种类型元件的選型、在电磁兼容方面要考虑的问题做一些介绍。

有源器件EMC選型

工作電壓寬的EMC特性好,工作電壓低的EMC特性好,在设计允许的范围内延时大(通常所说的速度慢)特性好一些,静态電流小、功耗小的比大的特性好,贴片封装的器件的EMC性能好于插裝器件。

无源器件選型

无源器件在我们的应用中通常包括電阻、電容、電感等,对于无源器件的選型我们要注意这些元件的频率特性和分布参数。

无源器件在某些频率下,会表现出不同特性,一些電阻在高频时拥有電感的特性,如线绕電阻,电解電容的低频特性好,高频特性差,而薄膜電容和瓷片電容高频特性较好,但通常容量较小。考虑温度对元器件的影响,根据设计原理,选用各种温度特性的器件。

二、印制板設計

印制板設計時,要考虑到干扰对系统的影响,将電路的模拟部分和数字部分的電路严格分开,对核心電路重点防护,将系统地线环绕,并布线尽可能粗,电源增加滤波電路,采用DC-DC隔離,信號采用光電隔離,設計隔離電源,分析容易産生幹擾的部分(如時鍾電路、通讯電路等)和容易被干扰的部分(如模拟采样電路等),对这两种类型的電路分别采取措施。对于干扰元件采取抑制措施,对敏感元件采取隔离和保护措施,并且将它们在空间和电气上拉开距离。在板级设計時,还要注意元器件放置要远离印制板边沿,这对防护空气放电是有利的。

采样電路的原理圖设计参见圖1

1:采样電路设计。

電路的合理布局可以降低干扰,提高电磁兼容性能。按照電路的功能划分若干个功能模块,分析每个模块的干扰源与敏感信号,以便进行特殊处理。 

印制板布線時,需要注意以下幾個方面:

1、保持环路面积最小,例如电源与地之间形成的环路,减小环路面积,将减小电磁干扰在此回路上的感应電流,电源线尽可能靠近地线,以减小差模辐射的环面积,降低干扰对系统的影响,提高系统的抗干扰性能。并联的导线紧紧放在一起,使用一条粗导线进行连接,信號線紧挨地平面布线可以降低干扰。电源与地之间增加高频滤波電容。

2、使導線長度盡可能的縮短,減小了印制板的面積,降低導線上的幹擾。

3、采用完整的地平面設計,采用多層板設計,鋪設地層,便于幹擾信號泄放。

4、使電子元件遠離可能會發生放電的平面如機箱面板、把手、螺釘等,保持機殼與地良好接觸,爲幹擾提供良好的泄放通道。對敏感信號包地處理,降低幹擾。

5、盡量采用貼片元器件,貼片器件比直插器件的電磁兼容性能要好得多。

6、模擬地與數字地在PCB與外界連接處進行一點接地。

7、高速逻辑電路应靠近連接器边缘,低速逻辑電路和存儲器则应布置在远离連接器处,中速逻辑電路则布置在高速逻辑電路和低速逻辑電路之间。

8、電路板上的印制线宽度不要突变,拐角应采用圆弧形,不要直角或尖角。

9、時鍾线、信號線也尽可能靠近地线,并且走线不要过长,以减小回路的环面积。

三、系統布線設計

印制板設计出来后,进行试制,焊接调试,系统装机,考虑電磁兼容設計因素,机柜结构、线缆设计需要注意以下几个方面:

1、機櫃選用電磁屏蔽櫃,具有良好的屏蔽性能,很好地對系統進行屏蔽,降低外界電磁幹擾對系統的影響。

2、總電源進線選用屏蔽電源線,並加磁環,屏蔽層在進入機櫃處360度接地。

3、对系统外部信號線选用屏蔽线,屏蔽层机柜入口处良好接地。

4、設備外殼就近接機櫃,避免交叉。

5、系統設置隔離變壓器ups,保證系統供應純淨電源。

6、严格将电源线和信號線分开,设备外壳的各个面之间和各个板子面板之间要良好接触,接触電阻要小于0.4歐,越小越好,保證設備外殼良好接大地,這樣在有靜電釋放時,不會影響到系統的正常工作。

四、系統接地設計

接地是最有效的抑制騷擾源的方法,可解決50%EMC問題。系統基准地與大地相連,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,防止靜電積累。

1、地線的概念

安全接地 包括保護接地和防雷接地。

保護接地 为av电影在线的故障電流进入大地提供一个低阻抗通道;

防雷接地 提供泄放大電流的通路;

參考接地 爲av电影在线穩定可靠工作提供參考電平,爲電源和信號提供基准電位。

安全接地是为了當出现一些电气异常时,为大電流和高电压提供一个泄放的回路,主要是对電路的一种保护措施。参考地主要是信号地和电源地,是保证電路实现功能的基础。

2、接地方式

懸浮接地 对一个独立的与外部没有接口的系统来说一般也没有什么问题,但是如果该系统与其他的系统之间存着接口如通讯口和采样线,那么懸浮接地很容易受到静电和雷击的影响,所以一般电子av电影在线大多不采用懸浮接地。

單點接地 f<1MHz时可以选择單點接地,可分为并联單點接地和多级電路串联單點接地两种。

并联單點接地:每个電路模块都接到一个单点地上,每个单元在同一点与参考点相连。

多级電路的串联單點接地:将具有类似特性的電路的地连接在一起,形成一个公共点,然后将每一个公共点连接到单点地。

多點接地 f>10MHz时会采用多點接地。 设备中的電路都就近以接地母线为参考点。

單點接地各電路接在同一点,提供公共电位参考点,没有共阻抗耦合和低频地环路,但对高频信号存在较大的地阻抗。多點接地为就近接地,每条地线可以很短,提供较低接地阻抗。1MHz~10MHz可根據實際需要選用哪種接地方法。

混合接地 是综合單點接地与多點接地的优点,对系统中的低频部分采用單點接地,对系统中高频部分采用多點接地。

信號線屏蔽接地 有高频和低频之分,高频采用多點接地,低频電纜采用單點接地。低频电场屏蔽要求在接收端單點接地,低频磁场屏蔽要求在两端接地。多點接地,除在两端接地外,并以3/201/10工作波長的間隔接地。

系統做到良好接地,才能有效的抑制電磁幹擾,一個大的系統機櫃首先要保證每個面接觸良好,接觸緊湊,其次是機櫃內部設備要就近接地,避免二次幹擾,就近泄放電磁幹擾。接口屏蔽線要進行環接,再就近接機架。機櫃下方設置接地銅排,系統總地線選用銅帶比較好,對電磁幹擾進行很好的泄放,保證了系統的正常運行。

电磁兼容測試

系统功能測試,满足现场功能需要后,进行电磁兼容測試,电磁兼容測試容易出问题是静电、群脉冲、浪涌、射頻场传导等

1、靜電抗擾度檢測

参与了几个项目的静电抗扰度检测,对静电有一定认识。静电分为接触放电和空气放电,静电是积累的高压,當接触到设备的金属外壳时会瞬间放电,会影响到电子设备的正常工作,可能引起设备故障或重启,在安全性要求较好的场合这是不允许的。

靜電會影響顯示效果,可能出現顯示閃爍或黑屏,影響正常顯示和操作。靜電還可能引起CPU工作異常,程序死機或重啓。

如果在av电影在线詳細設計階段采用電磁兼容的相關設計,做靜電試驗不必過分擔心,通過設計,對靜電積累的電荷進行良好的泄放,不會影響系統的正常工作。

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,觀察設備是否受到其影響。防護群脈沖主要的方法是“疏導”“堵”,“疏導”就是提供泄放回路,是幹擾在進入系統之前,泄放至大地,良好的屏蔽層接地,可以泄放大部分動幹擾,“堵”是使群脈沖濾除在設備之外,增加磁環,效果明顯,封閉磁環的效果好于對扣磁環,也可以將磁環加入到板級中,固定在印制板中,這樣使設備更可靠。

对电源线、信號線、通讯线两端增加磁环,可以对群脉冲干扰进行防护。

3、雷擊浪湧檢測

雷擊浪湧主要包含兩個方面,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,系統級設計要按照三級防雷設計,總電源進入端設置電源防雷(如OBO公司的V20-C/3-PH 385),可以对系统的电源进行一级防护,电源经过电源防雷后,进入隔离變壓器,隔离變壓器可以对电磁干扰信号进行较好的防护,抑制其对系统的影响。后进入UPSUPS可以濾除一部分幹擾信號,這樣電源再進入系統設備,電源是一種純淨的電源,可以使系統更好、更可靠的工作。

信號防雷是對系統的信號通路進行防護,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,當有大電流时通过配套電阻和TVS、气体放电管泄放,对后级電路起到保护作用。而后信号进行光电隔离,再进入系统,系统可以采集到一个稳定的信号,使系统正常分析判断,正常发出指令,正常工作。另一方面就是设计较宽的信号范围,信号正常波动时,系统正常工作。

4、射頻场感应传导的抗扰度检测

射感試驗可能會對顯示信號、采集驅動等造成影響,可能使顯示閃爍或黑屏,影響設備操作,可能使采集驅動工作異常,采集不到需要的信號,無法驅動現場設備。

射頻试验是0.15k80M频率范围内对信號線、电源进行干扰,3級強度是10V/m

射感防护的原则是将电源、信號線的屏蔽做好,屏蔽层良好接地,选择合适频率进行滤波,将干扰滤除。

5、辐射发射检测、射頻场辐射抗扰度检测

该測試主要是測試系统的抗射頻信号及整体屏蔽性能,只要系统做好良好的屏蔽,系统地线接地良好,系统就可以通过检测。

通过相关电磁兼容測試,av电影在线就可以推向市场,进行试运行了,对试运行中出现的问题,进行汇总,以备av电影在线的改进。

电子av电影在线满足相关的电磁兼容測試标准,通过測試,才可以推向市场,用户才能放心使用,极大地减小因电磁干扰发生的事故,对企业的效益、av电影在线的推广起到积极的作用。