叠层固态电容电磁兼容EMC设计及测试能力 (一)

当前，日益恶化的电磁情况，使我们逐渐存眷设备的事情情况，日益存眷电磁情况对电子设备的影响，从设计开始，融入电磁兼容设计，使电子设备更靠得住的事情。


电磁兼容设计主要包括浪涌（攻击）抗扰度、振铃海浪涌抗扰度、电快速瞬变脉冲群抗扰度、电压暂降、短时间断和电压变革抗扰度、工频电源谐波抗扰度、静电抗扰度、射频电磁场辐射抗扰度、工频磁场抗扰度、脉冲磁场抗扰度、传导骚扰、辐射骚扰、射频场感到的传导抗扰度等相关设计。


电磁滋扰的主要形式


电磁滋扰主要是通过传导和辐射方法进入系统，影响系统事情，其他的方法尚有共阻抗耦合和感到耦合。


传导：传导耦合即通过导电媒质将一个电网络上的骚扰耦合到另一个电网络上,属频率较低的部门(低于30MHz)。在我们的产物中传导耦合的途径凡是包罗电源线、信号线、互连线、接地导体等。


辐射：通过空间将一个电网络上的骚扰耦合到另一个电网络上，属频率较高的部门(高于30MHz)。辐射的途径通过空间通报，在我们电路中引入和发生的辐射滋扰主要是各类导线形成的天线效应。


共阻抗耦合：当两个以上差异电路的电流流过民众阻抗时呈现的彼此滋扰。在电源线和接地导体上传导的骚扰电流，多以这种方法引入到敏感电路。


感到耦合：通过互感道理，将在一条回路里传输的电信号，感到到另一条回路对其造成滋扰。分为电感到和磁感到两种。


对这几种途径发生的滋扰我们应回收的相应对策：传导采纳滤波（如我们设计中每个IC的片头电容就是起滤波浸染），辐射滋扰回收淘汰天线效应（如信号贴近地线走）、屏蔽和接地等法子，就可以或许大大提高产物的抵挡电磁滋扰的本领，也可以有效的低落对外界的电磁滋扰。


电磁兼容设计


对付一个新项目标研发设计进程，电磁兼容设计需要贯串整个进程，在设计中思量到电磁兼容方面的设计，才不致于返工，制止反复研发，可以缩短整个产物的上市时间，提高企业的效益。


一个项目从研发到投向市场需要颠末需求阐明、项目立项、项目提要设计、项目具体设计、样品试制、成果测试、电磁兼容测试、项目投产、投向市场等几个阶段。


在需求阐明阶段，要举办产物市场阐明、现场调研，挖掘对项目有用信息，整合项目成长前景，具体整理项目产物事情情况，实地考查安装位置，是否对安装有所限制空间，事情情况是否非凡，是否有腐化、湿润、高温等，周围设备的事情环境，是否有恶劣的电磁情况，是否受限与其他设备，产物的研制乐成可否大大提跨越产效率，可能可否给人们的糊口或事情情况带来很大的利便，操纵利用方法可否容易被人们所接管，这就要求项目产物要满意现场成果需要、易于操纵等，最后要整理具体的需求阐明陈诉，以供需求评审。
颠末企业内部相关认真人的评审之后，完善需求阐明陈诉，然后是项目立项，项目立项需要组建项目组，把软件、硬件、布局、测试等人员布置到项目组中，分派各自的职责。项目开拓的下一阶段是项目提要设计，将项目解析成多个成果模块，运用WBS解析布局对项目举办成果解析细化，按照事情量布置时间，布置详细人员。整理项目提要设计陈诉，总体对项目举办评估，确定利用电源范例，电源漫衍环境，电源断绝滤波方法，系统接处所式，产物屏蔽，产物布局回收屏蔽设计，回收屏蔽机箱机壳，阐明信号范例，对雷电、静电、群脉冲等滋扰采纳防护法子。


产物提要设计陈诉出来后要颠末相关人员评审，阐明实现方法是否公道，实施方案是否可行，由评审人员给出评审陈诉，项目组团结评审陈诉对提要设计举办修改后，进入产物具体设计阶段，这阶段的内容包罗道理图设计、PCB设计、PCB采购及焊接、软件编写、成果调试等进程，道理图设计应思量到电磁兼容方面的影响，对板级电源增加滤波电容，对信号的接口部门增加滤波电路，按照信号范例，选择合

适的滤波电路，若信号为低频型号，应选择低通滤波电路，计较符合的停止频率，选择对应的电阻、电容等。另对接口部门设计大电流泄放回路，配置防雷器件，做到第三级的防雷。


一、元器件选型


我们常用的电子器件主要包罗有源器件和无源器件两种范例，有源器件主要指IC和模块电路等器件，无源器件主要是指电阻、电容、电感等元件。下面别离对这两种范例元件的选型、在电磁兼容方面要思量的问题做一些先容。


有源器件EMC选型


事情电压宽的EMC特性好，事情电压低的EMC特性好，在设计答允的范畴内延时大（凡是所说的速度慢）特性好一些，静态电流小、功耗小的比大的特性好，贴片封装的器件的EMC机能好于插装器件。


无源器件选型


无源器件在我们的应用中凡是包罗电阻、电容、电感等，对付无源器件的选型我们要留意这些元件的频率特性和漫衍参数。


无源器件在某些频率下，会表示出差异特性，一些电阻在高频时拥有电感的特性，如线绕电阻，电解电容的低频特性好，高频特性差，而薄膜电容和瓷片电容高频特性较好，但凡是容量较小。思量温度对元器件的影响，按照设计道理，选用各类温度特性的器件。


二、印制板设计


印制板设计时，要思量到滋扰对系统的影响，将电路的模仿部门和数字部门的电路严格分隔，对焦点电路重点防护，将系统地线环抱，并布线尽大概粗，电源增加滤波电路，回收DC-DC断绝，信号回收光电断绝，设计断绝电源，阐明容易发生滋扰的部门（如时钟电路、通讯电路等）和容易被滋扰的部门（如模仿采样电路等），对这两种范例的电路别离采纳法子。对付滋扰元件采纳抑制法子，对敏感元件采纳断绝和掩护法子，而且将它们在空间和电气上拉开间隔。在板级设计时，还要留意元器件安排要远离印制板边缘，这对防护氛围放电是有利的。


采样电路的道理图设计拜见图1：



图1：采样电路设计。


电路的公道机关可以低落滋扰，提高电磁兼容机能。凭据电路的成果分别若干个成果模块，阐明每个模块的滋扰源与敏感信号，以便举办非凡处理惩罚。

印制板布线时，需要留意以下几个方面：


1、保持环路面积最小，譬喻电源与地之间形成的环路，减小环路面积，将减小电磁滋扰在此回路上的感到电流，电源线尽大概接近地线，以减小差模辐射的环面积，低落滋扰对系统的影响，提高系统的抗滋扰机能。并联的导线牢牢放在一起，利用一条粗导线举办毗连，信号线紧挨地平面布线可以低落滋扰。电源与地之间增加高频滤波电容。


2、使导线长度尽大概的缩短，减小了印制板的面积，低落导线上的滋扰。


3、回收完整的地平面设计，回收多层板设计，铺设地层，便于滋扰信号泄放。


4、使电子元件远离大概会产生放电的平面如机箱面板、把手、螺钉等，保持机壳与地精采打仗，为滋扰提供精采的泄放通道。对敏感信号包地处理惩罚，低落滋扰。


5、只管回收贴片元器件，贴片器件比直插器件的电磁兼容机能要好得多。


6、模仿地与数字地在PCB与外界毗连处举办一点接地。


7、高速逻辑电路应接近毗连器边沿，低速逻辑电路和存储器则应部署在远离毗连器处，中速逻辑电路则部署在高速逻辑电路和低速逻辑电路之间。


8、电路板上的印制线宽度不要突变，拐角应回收圆弧形，不要直角或尖角。


9、时钟线、信号线也尽大概接近地线，而且走线不要过长，以减小回路的环面积。


三、系统布线设计


印制板设计出来后，举办试制，焊接调试，系统装机，思量电磁兼容设计因素，机柜布局、线缆设计需要留意以下几个方面：


1、机柜选用电磁屏蔽柜，具有精采的屏蔽机能，很好地对系统举办屏蔽，低落外界电磁滋扰对系统的影响。


2、总电源进线选用屏蔽电源线，并加磁环，屏蔽层在进入机柜处360度接地。


3、对系统外部信号线选用屏蔽线，屏蔽层机柜进口处精采接地。


4、设备外壳就近接机柜，制止交错。


5、系统配置断绝变压器和ups，担保系统供给纯净电源。


6、严格将电源线和信号线分隔，设备外壳的各个面之间和各个板子面板之间要精采打仗，打仗电阻要小于0.4欧，越小越好，担保设备外壳精采接大地，这样在有静电释放时，不会影响到系统的正常事情。


四、系统接地设计


接地是最有效的抑制骚扰源的要领，可办理50%的EMC问题。系统基准地与大地相连，可抑制电磁骚扰。外壳金属件直接接大地，还可以提供静电电荷的泄漏通路，防备静电积聚。


1、地线的观念


安详接地包罗掩护接地和防雷接地。

掩护接地为产物的妨碍电流进入大地提供一个低阻抗通道；

防雷接地提供泄放大电流的通路；

参考接地为产物不变靠得住事情提供参考电平，为电源和信号提供基准电位。


安详接地是为了当呈现一些电气异常时，为大电流和高电压提供一个泄放的回路，主要是对电路的一种掩护法子。参考田主要是信号地和电源地，是担保电路实现成果的基本。


2、接处所式


悬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，可是假如该系统与其他的系统之间存着接口如通讯口和采样线，那么悬浮接地很容易受到静电和雷击的影响，所以一般电子产物大多不回收悬浮接地。


单点接地当f1MHz时可以选择单点接地，可分为并联单点接地和多级电路串联单点接地两种。


并联单点接地：每个电路模块都接到一个单点地上，每个单位在同一点与参考点相连。


多级电路的串联单点接地：将具有雷同特性的电路的地毗连在一起，形成一个民众点，然后将每一个民众点毗连到单点地。


多点接地当f>10MHz时会回收多点接地。设备中的电路都就近以接地母线为参考点。


单点接地各电路接在同一点，提供民众电位参考点，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。多点接地为就近接地，每条地线可以很短，提供较低接地阻抗。1MHz~10MHz可按照实际需要选用哪种接处所法。


殽杂接地是综合单点接地与多点接地的利益，对系统中的低频部门回收单点接地，对系统中高频部门回收多点接地。


信号线屏蔽接地有高频和低频之分，高频回收多点接地，低频电缆回收单点接地。低频电场屏蔽要求在吸收端单点接地，低频磁场屏蔽要求在两头接地。多点接地， 470uf 35v，除在两头接地外，并以3/20或1/10事情波长的隔断接地。


系统做到精采接地，才气有效的抑制电磁滋扰，一个大的系统机柜首先要担保每个面打仗精采，打仗紧凑，其次是机柜内部设备要就近接地，制止二次滋扰，就近泄放电磁滋扰。接口屏蔽线要举办环接，再就近接机架。机柜下方配置接地铜排，系统总地线选用铜带较量好，对电磁滋扰举办很好的泄放，担保了系统的正常运行。

电磁兼容测试


系统成果测试，满意现场成果需要后，举办电磁兼容测试，电磁兼容测试容易出问题是静电、群脉冲、浪涌、射频场传导等


1、静电抗扰度检测


参加了几个项目标静电抗扰度检测，对静电有必然认识。静电分为打仗放电和氛围放电，静电是积聚的高压，当打仗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事情，大概引起设备妨碍或重启，在安详性要求较好的场所这是不答允的。


静电会影响显示结果，大概呈现显示闪烁或黑屏，影响正常显示和操纵。静电还大概引起CPU事情异常，措施死机或重启。


假如在产物具体设计阶段回收电磁兼容的相关设计，做静电试验不必过度管忧，通过设计，对静电积聚的电荷举办精采的泄放，不会影响系统的正常事情。


2、电快速瞬变脉冲群抗扰度检测


电快速瞬变脉冲群是一系列的高频高压瞬变脉冲施加在设备上，调查设备是否受到其影响。防护群脉冲主要的要领是“疏导”“堵”，“疏导”就是提供泄放回路，是滋扰在进入系统之前，泄放至大地，精采的屏蔽层接地，可以泄放大部门动滋扰，“堵”是使群脉冲滤除在设备之外，增加磁环，结果明明，关闭磁环的结果好于对扣磁环，也可以将磁环插手到板级中，牢靠在印制板中，这样使设备更靠得住。


对电源线、信号线、通讯线两头增加磁环，可以对群脉冲滋扰举办防护。


3、雷击浪涌检测


雷击浪涌主要包括两个方面，一个是电源防雷，一个是信号防雷。


电源防雷主要是针对系统级而言的，系统级设计要凭据三级防雷设计，总电源进入端配置电源防雷（如OBO公司的V20-C/3-PH385），可以对系统的电源举办一级防护， 4.7uf 100v，电源颠末电源防雷后，进入断绝变压器，断绝变压器可以对电磁滋扰信号举办较好的防护，抑制其对系统的影响。后进入UPS，UPS可以滤除一部门滋扰信号，这样电源再进入系统设备，电源是一种纯净的电源，可以使系统更好、更靠得住的事情。



图2：系统电源部门设计示例。


信号防雷是对系统的信号通路举办防护，主要涉及的是板级设计，在板级设计中增加防雷器件，如气体放电管，增加TVS泄放回路，当有大电流时通过配套电阻和TVS、气体放电管泄放，对后级电路起到掩护浸染。尔后信号举办光电断绝，再进入系统，系统可以收罗到一个不变的信号，使系统正常阐明判定，正常发出指令，正常事情。另一方面就是设谋略宽的信号范畴，信号正常颠簸时，系统正常事情。


4、射频场感到传导的抗扰度检测


射感试验大概会对显示信号、收罗驱动等造成影响，大概使显示闪烁或黑屏，影响设备操纵，大概使收罗驱动事情异常，收罗不到需要的信号，无法驱动现场设备。


射频试验是0.15k～80M频率范畴内对信号线、电源举办滋扰，3级强度是10V/m。


射感防护的原则是将电源、信号线的屏蔽做好，屏蔽层精采接地，选择符合频率举办滤波，将滋扰滤除。


5、辐射发射检测、射频场辐射抗扰度检测


该测试主要是测试系统的抗射频信号及整体屏蔽机能，只要系统做好精采的屏蔽，系统地线接地精采，系统就可以通过检测。


通过相关电磁兼容测试，产物就可以推向市场，举办试运行了，对试运行中呈现的问题，举办汇总，以备产物的改造。


电子产物满意相关的电磁兼容测试尺度，通过测试，才可以推向市场，用户才气安心利用，极大地减小因电磁滋扰产生的变乱，对企业的效益、产物的推广起到努力的浸染。