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電源適配器工程師須了解的硬件EMC規(guī)范 | |||||
| 電源適配器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(wèn)題進(jìn)行研究。較基本的干擾抑制技術(shù)是屏蔽、濾波、接地。它們主要用來(lái)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(diǎn)在單板的EMC設(shè)計(jì)上，附帶一些必須的EMC知識(shí)及法則。在印制電路板設(shè)計(jì)階段對(duì)電磁兼容考慮將減少電路在樣機(jī)中發(fā)生電磁干擾。問(wèn)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(guò)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(wèn)題特別脆弱，原因很多： 1、電源適配器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(hào)頻率較高，通過(guò)寄生電容耦合到步線較有效，串?dāng)_發(fā)生更容易； 3、信號(hào)回路尺寸與時(shí)鐘頻率及其諧波的波長(zhǎng)相比擬，輻射更加顯著。 4、引起信號(hào)線路反射的阻抗不匹配問(wèn)題。 一、總體概念及考慮 1、五一五規(guī)則，即時(shí)鐘頻率到5MHz或脈沖上升時(shí)間小于5ns，則PCB板須采用多層板。 2、不同電源適配器平面不能重疊。 3、公共阻抗耦合問(wèn)題。 模型：
解決辦法： ①模擬與數(shù)字電路應(yīng)有各自的回路，較后單點(diǎn)接地； ②電源線與回線越寬越好； ③縮短印制線長(zhǎng)度； ④電源適配器分配系統(tǒng)去耦。 4、減小環(huán)路面積及兩環(huán)路的交鏈面積。 5、一個(gè)重要思想是：PCB上的EMC主要取決于直流電源線的Z  二、布局 下面是電路板布局準(zhǔn)則：
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 三、布線 1、電源線與回線盡可能靠近，較好的方法各走一面。 2、為模擬電路提供一條零伏回線，信號(hào)線與回程線小與5：1。 3、針對(duì)長(zhǎng)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(shí)鐘布線，遠(yuǎn)離I/O電路，可考慮加專用信號(hào)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)_減至較小，采用雙面＃字型布線。 7、高速線避免走直角。 8、強(qiáng)弱信號(hào)線分開。 四、屏蔽 1、屏蔽>模型：
2、工作頻率低于1MHz時(shí)，噪聲一般由電場(chǎng)或磁場(chǎng)引起，(磁場(chǎng)引起時(shí)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(shí)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(jī)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(diǎn)。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(dá)到吸收的目的，對(duì)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(duì)低頻，高電導(dǎo)率的材料吸收衰減少，對(duì)磁場(chǎng)屏蔽效果不好，需采用高磁導(dǎo)率的材料(如鍍鋅鐵)。 5、磁場(chǎng)屏蔽還取決于厚度、幾何形狀、孔洞的較大線性尺寸。 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(shí)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(gè)途徑，對(duì)接收電路而言，B、A和COS0必須減小；對(duì)干擾源而言，M和I1必須減小。雙絞線是個(gè)很好例子。它大大減小電路的環(huán)路面積，并同時(shí)在絞合的另一根芯線上產(chǎn)生相反的電動(dòng)勢(shì)。 7、防止電磁泄露的經(jīng)驗(yàn)公式：縫隙尺寸<λmin/20。好的電纜屏蔽層覆視率應(yīng)為70％以上。 五、接地 1、300KHz以下一般單點(diǎn)接地，以上多點(diǎn)接地，混合接地頻率范圍50KHz～10MHz。另一種分法是：<0.05λ單點(diǎn)接地；<0.05λ多點(diǎn)接地。 2、好的接地方式：樹形接地
3、信號(hào)電路屏蔽罩的接地。
4、對(duì)電纜屏蔽層，L<0.15λ時(shí)，一般均在輸出端單點(diǎn)接地。 L<0.15λ時(shí)，則采用多點(diǎn)接地，一般屏蔽層按0.05λ或0.1λ間隔接地。混合接地時(shí)，一端屏蔽層接地，一端通過(guò)電容接地。 5、對(duì)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(shí)現(xiàn)接地。較好的接地線是扁平銅編織帶。當(dāng)?shù)鼐€長(zhǎng)度是λ/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，阻抗會(huì)很高，同時(shí)相當(dāng)λ/4天線，向外輻射干擾信號(hào)。 6、單板內(nèi)數(shù)字地、模擬地有多個(gè)，只允許提供一個(gè)共地點(diǎn)。 7、接地還包括當(dāng)用導(dǎo)線作電源適配器回線、搭接等內(nèi)容。 六、濾波 1、選擇EMI信號(hào)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(guò)渡性能較好，較能保證工作信號(hào)質(zhì)量。 一個(gè)典型信號(hào)的頻譜：
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(duì)芯片的電源適配器去耦(1-100nF)，對(duì)進(jìn)入板極的直流電源適配器及穩(wěn)壓器和DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出進(jìn)行濾波(uF)。
七、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(gè)機(jī)器的孕育及誕生實(shí)際上是EMC工程。較主要需要工程師們?cè)O(shè)計(jì)中注入EMC意識(shí)。
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| | 發(fā)布時(shí)間：2018.11.12 來(lái)源：電源適配器廠家 |
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