emc设计工艺技术要点

第 1 页 共 6 页 第二第二讲讲 EMC 设计设计工工艺艺技技术术要点要点 设计设计工工艺艺三要素 三要素 滤滤波 屏蔽 接地 波 屏蔽 接地 1 系系统统 设备设备方案方案设计设计 1 确认需要满足的电磁兼容技术标准 2 采用通过安规和 EMC 认证的模块电源 3 选定箱体结构形式 19 标准机柜 单元 压铸机箱 4 尽量使用平衡接口电路 必要时 可以使用隔离变压器 光耦合器 件等 5 电路中尽量避免使用高速脉冲信号 对干扰源电路 高敏感电路 采用特殊的隔离措施 如局部屏蔽 滤波等 6 尽量使用大规模集成电路和贴装元器件 减少插孔元器件 以便 提高抗扰能力和减小干扰发射 7 需要隔离的电路 通过其隔离界面的信号线尽量少 频率尽可能 低 8 内部电路的接地方式 不同性质的电路用不同的地线 处理好传 输地 电源地 机箱地和保护地之间的关系 9 将高频 低频 数字 模拟 输入 输出 强信号 弱信号 电源等 分开走向和布放 2 结结构构设计设计和安装和安装 1 首先确定屏蔽箱体的材料 如果没有低频 1KHz 以下 磁场的屏 蔽要求 可选用钢 铝 铜 如果有 应采用高导磁率的材料 如坡 莫合金 2 机箱上需要低阻抗搭接的部位 如屏蔽体的接缝 静电放电电路的 第 2 页 共 6 页 路径 滤波器的接地 系统公共地线等 对于永久性连接 最好是 焊接 对于长缝隙要连续焊接 对于非永久性搭接 应采用电磁密 封衬垫 并保证表面的导电性能 3 对于恶劣环境 如潮湿 盐雾等 应采用环境密封措施 按 GB4208 外壳防护等级 即 IP 代码 如 IP65 等级 4 进出机箱的电缆应采取屏蔽或滤波措施 屏蔽对低频抑制作用较 好 高频效果取决于屏蔽电缆的结构和屏蔽层的端接方式 5 滤波器安装时接地良好 外壳应直接搭接在金属机箱上 电源进 线尽量短 输入输出端避免空中耦合 把滤波器旁路了 数字设备 最好在电源入口使用带电源插座的滤波器 6 机箱上的缝隙或孔尽量远离辐射源 如电缆 线路板等 或敏感电 路 不能有任何金属物体直接穿过机箱 7 如果避免不了通风口 显示窗口 则应采用电磁密封衬垫 8 箱体上必须有可靠的接地装置 并有正确的标识 3 电电路与路与 PCB 设计设计 1 综合考虑 EMC 要求和成本 成本允许时 尽量采用四层以上的线 路板 设置一层地线面 将不同性质的电路分别布置在线路板的不 同区域 使干扰电路与敏感电路远离 2 不同区域的电路 对应不同性质的电路 用不同的地线和电源 不 同的地线和电源在一点连接起来 3 对于多层板 要使高速信号 高敏感信号与地线层相邻布量 对于 多层板 不同区域的地线面边缘要满足 20H 法则 即地线面的边 沿要比电源层或信号线层的边沿外延出 20 是地线面与信号 线层之间的高度 4 充分考虑器件在线路板上的位置和方向 引出线尽可能短 第 3 页 共 6 页 5 对于专门设置地线面的多层板 需避免地线面上有长缝隙 不包括 为了分割不同地线而有意设置的缝隙 如果有长缝隙 不能有信 号线穿过 6 信号的回路面积必须尽量小 在关键信号线 高频或敏感的信号 的临近设置回流线 信号地线 7 如果采用双层板 必须设置地线网格 A 面打上横线 B 面打上坚 线 通过金属化过孔连接起来 作为地线使用 8 高速时冲线要尽量短 并且不要换层布线 拐角不要小于 90 度 以避免阻抗发生突变 造成信号反射 高速时冲电路尽量远离 I O 端口 防止高频信号耦合到电缆上 借助电缆产生共模辐射 9 在 I O 区域将逻辑地 与机壳以非常低的阻抗连接起来 这点非常 关键 I O 接口上使用独立的地线 这块独立的地线与线路板上 的其它部分地线仅通过一点连接 这块地专门为滤波和屏蔽层提 供干净地 10 安装在线路板上的 I O 接口滤波器 要尽量靠近电缆进出口 使滤波器与电缆连接器之间 屏蔽机箱之间 的连线最短 11 对所有的 I O 电缆进行共模滤波 将所有 I O 电缆集中在线路 板设置的 I O 区域 4 电缆电缆和和连连接器接器 为了满足 EMC 的要求 电缆和连接器的选择十分重要 要知道 电缆和连接器对于高频信号就是一根发射天线或接收天线 因此在考 虑性价比的同时 要充分考虑到它的性能 在设计和制作工艺过程中 特别注意 1 扁平电缆尽量在每根信号线旁边配一根地线 条件不允许时 每 第 4 页 共 6 页 两根信号线配一根地线 2 情况允许时 使用双绞线 但使用双绞线时 注意两端电路的接地 不要形成较大的地线环路 3 使用同轴电缆时 注意外层的端接和两端电路的接地 不要形成 除了外层以外的第二条回流路径 4 电缆远离屏蔽体上的缝隙 开口 5 设备外部电缆的屏蔽层与屏蔽机箱要 360 度搭接 6 对于设备外部的电缆 确保屏蔽层与屏蔽机箱之间的低阻抗搭接 7 电缆上安装铁氧体磁环 根据需要调整绕在铁氧体磁环上的导线 的匝数 8 尽理不将性质不同的信号线安排一个连接器或电缆中 5 附件附件 1 电电源源线线上干上干扰扰的的类类型型 电源线上的干扰电流按照其流动路径可以分为两类 一类是差模 干扰电流 另一类是共模干扰电流 差模干扰电流是在火线和零线之 间流动的干扰电流 共模干扰电流是在火线 零线与大地 基其它参 考物体 之间流动的干扰电流 如图 1 图 2 所示 由于这两种干扰的 抑制方式不同 因此正确辨认干扰的类型是实施正确滤波方法的前提 第 5 页 共 6 页 i1 1 Zi2 2 共模噪声 电 源 或 信 号 信号或电源 电压 图中 i1 Zi2电源或信号的内部阻抗 Z1 Z2负载阻抗 图1 共模干扰 共模噪声 i1 Zi2 o 差模噪声 电 源 或 信 号 信号或电 源电压 图中 i1 Z2电源 或信号的内部阻抗 负 载 阻 抗 Vn Vo 差模噪声 图 2 差模干扰 差模噪声 电 源 或 信 号 2 电电源源线滤线滤波器的基本原理波器的基本原理 C1 C2 C4 P E N C3 线 地电容器 线间电容器 共模扼流圈 图 3 电源线滤波器的基本电路 第 6 页 共 6 页 负 荷 磁芯 相互抵消而不会产生磁场 电 源 电 压 a 差模电流情况 负 荷 磁芯 由于两个绕组的磁场方向一致 会产生磁场 电 源 电 压 b 共模电流情况 噪声 图 4 共模扼流圈的结构 电源线滤波器是由电感和电容组成的低通滤波 它允许直流或 50Hz 的电流通过 对频率较高的干扰信号则有较大的衰减 由于干 扰信号有差模和共模两种 因此电源线滤波器要对这两种干扰都具有 衰减作用 滤波器的基本电路如图 3 所示 图 3 中 C1 C2 是滤除共模干扰用的电容 一般称为 Y 电容 而 C3 C4 的作用是滤除差模干扰信号 一般称为 X 电容 L 是电感线 一般绕制成共模扼流圈的形式 共模扼流圈的绕法如图所示 从图 4 中可以看出 当负载电流流 过共模扼流圈时 串联在火线上的线圈所产生的磁力线和串联在零线 上的线圈所产生的磁力线方向相反 它们在磁芯中相互抵消 因此即 使在大负载电流的情况下 磁