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我們要增加系統的抗干擾能力,也必須從EMC三要素著手。EMC三要素是指干擾源、耦合通道和敏感裝置。通常同一電子裝置既為干擾源也是敏感裝置。EMC三要素是分析所有EMC問題最根本的出發點。核心思想基本是遮蔽、阻斷和防護。
EMC指電磁相容性問題,一般分為EMI(電磁干擾)和EMS(電磁敏感度)兩類,EMI是指電子裝置工作時對外界其它裝置正常工作產生危害的電磁現象,EMS指電子裝置在存在電磁干擾時,對外界電磁騷擾的抵禦能力。
EMI測試主要分為以下幾類:
1)RE測試,輻射發射測試
2)CE測試,傳導發射測試
3)AC埠電流諧波發射測試
4)AC埠電壓波動與閃爍測試
5)AC/DC埠低頻效能測試
EMS測試主要分為以下幾類:
1)ESD,靜電放電測試
2)EFT,電子脈衝群測試
3)RS,輻射抗擾度測試
4)CS,傳導抗擾度測試
5)浪湧抗擾度測試
6)工頻磁場抗擾度測試
7)電源跌落抗擾度測試
對於解決系統的EMC問題,我們一般從以下幾個方面著手:
1)選擇合適的防護器件,包括通流能力、反應時間、器件失效模式、結電容、體積成本等。
2)選擇合理的防護電路形式,針對不同電路根據電路特點選擇不同的電路。
3)合理的PCB佈局和走線,考慮時鐘、高速走線等。
4)合理的整機結構設計,整機遮蔽、接地等。
增加抗電磁干擾,可以注意以下方面
1、選用頻率低的微控制器:
選用外時鐘頻率低的微控制器可以有效降低噪聲和提高系統的抗干擾能力。同樣頻率的方波和正弦波,方波中的高頻成份比正弦波多得多。雖然方波的高頻成份的波的幅度,比基波小,但頻率越高越容易發射出成為噪聲源,微控制器產生的最有影響的高頻噪聲大約是時鐘頻率的3倍。
2、減小訊號傳輸中的畸變
微控制器主要採用高速CMOS技術製造。訊號輸入端靜態輸入電流在1mA左右,輸入電容10PF左右,輸入阻抗相當高,高速CMOS電路的輸出端都有相當的帶載能力,即相當大的輸出值,將一個門的輸出端透過一段很長線引到輸入阻抗相當高的輸入端,反射問題就很嚴重,它會引起訊號畸變,增加系統噪聲。當Tpd>Tr時,就成了一個傳輸線問題,必須考慮訊號反射
在印製線路板上,訊號透過一個7W的電阻和一段25cm長的引線,線上延遲時間大致在4~20ns之間。也就是說,訊號在印刷線路上的引線越短越好,最長不宜超過25cm。而且過孔數目也應儘量少,最好不多於2個。
3、減小訊號線間的交叉干擾:
A點一個上升時間為Tr的階躍訊號透過引線AB傳向B端。訊號在AB線上的延遲時間是Td。在D點,由於A點訊號的向前傳輸,到達B點後的訊號反射和AB線的延遲,Td時間以後會感應出一個寬度為Tr的頁脈衝訊號。在C點,由於AB上訊號的傳輸與反射,會感應出一個寬度為訊號在AB線上的延遲時間的兩倍,即2Td的正脈衝訊號。這就是訊號間的交叉干擾。干擾訊號的強度與C點訊號的di/at有關,與線間距離有關。當兩訊號線不是很長時,AB上看到的實際是兩個脈衝的迭加。
4、減小來自電源的噪聲
電源在向系統提供能源的同時,也將其噪聲加到所供電的電源上。電路中微控制器的復位線,中斷線,以及其它一些控制線最容易受外界噪聲的干擾。電網上的強幹擾透過電源進入電路,即使電池供電的系統,電池本身也有高頻噪聲。類比電路中的模擬訊號更經受不住來自電源的干擾。
5、注意印刷線板與元器件的高頻特性
在高頻情況下,印刷線路板上的引線,過孔,電阻、電容、接外掛的分佈電感與電容等不可忽略。電容的分佈電感不可忽略,電感的分佈電容不可忽略。電阻產生對高頻訊號的反射,引線的分佈電容會起作用,當長度大於噪聲頻率相應波長的1/20時,就產生天線效應,噪聲透過引線向外發射。
6、元件佈置要合理分割槽
元件在印刷線路板上排列的位置要充分考慮抗電磁干擾問題,原則之一是各部件之間的引線要儘量短。在佈局上,要把模擬訊號部分,高速數位電路部分,噪聲源部分(如繼電器,大電流開關等)這三部分合理地分開,使相互間的訊號耦合為最小。
7、處理好接地線
印刷電路板上,電源線和地線最重要。克服電磁干擾,最主要的手段就是接地。
對於雙面板,地線佈置特別講究,透過採用單點接地法,電源和地是從電源的兩端接到印刷線路板上來的,電源一個接點,地一個接點。印刷線路板上,要有多個返回地線,這些都會聚到回電源的那個接點上,就是所謂單點接地。所謂模擬地、數字地、大功率器件地開分,是指佈線分開,而最後都彙集到這個接地點上來。與印刷線路板以外的訊號相連時,通常採用遮蔽電纜。對於高頻和數字訊號,遮蔽電纜兩端都接地。低頻模擬訊號用的遮蔽電纜,一端接地為好。
8、用好去耦電容。
好的高頻去耦電容可以去除高到1GHZ的高頻成份。陶瓷片電容或多層陶瓷電容的高頻特性較好。設計印刷線路板時,每個積體電路的電源,地之間都要加一個去耦電容。去耦電容有兩個作用:一方面是本積體電路的蓄能電容,提供和吸收該積體電路開門關門瞬間的充放電能;另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。數位電路中典型的去耦電容為0.1uf的去耦電容有5nH分佈電感,它的並行共振頻率大約在7MHz左右,也就是說對於10MHz 以下的噪聲有較好的去耦作用,對40MHz以上的噪聲幾乎不起作用。