医疗电子EMC设计方法

电磁兼容设计平台 EDP 应用案例精选之医疗行业应用 1 医疗电子产品电磁兼容设计方法探讨医疗电子产品电磁兼容设计方法探讨 电磁兼容设计平台 EDP 应用案例精选之医疗行业应用 2 目录 一 医疗行业现状 3 二 医疗电子产品信息 3 三 产品 EMC 设计方案 5 1USB 接口电路 原理图的 EMC 设计 5 2晶振电路 原理图的 EMC 设计 6 3产品结构设计要求 8 4 线缆设计 8 四 结束语 10 电磁兼容设计平台 EDP 应用案例精选之医疗行业应用 3 一 一 医疗行业现状医疗行业现状 近年来 随着电子 信息技术在医用电气设备中的广泛应用 以及新的通信技术 如 个人通讯系统 蜂窝电话等 在社会生活各领域的迅速发展 医用电气设备使用时所处的 电磁环境日益复杂 造成的影像包括在医用电气设备使用过程中可能受到周围其他电气设备电磁波发射的 干扰 造成对患者的伤害 另一方面如果其电磁兼容性指针达不到要求 因其自身也会发 射电磁能 可能影响无线电通讯业务和周围其他设备的正常运行 中国国家药监局日前正式发布了新的医用电气设备电磁兼容新标准 YY 0505 2012 新标准预定将于 2014 年 1 月 1 日起实施 该标准的实施将涉及中国境内 3 4 千家医疗器械 生产企业的约 11000 余个医用电气设备 对安全指针达不到要求的产品 国家药监局将依 法依规予以处理 新标准的实施将带来一轮医疗设备抗干扰的再设计需求 如通讯接口 电源接口 关 键电路 PCB 板的布局 布线 分地 系统的结构设计 线缆屏蔽设计等 还会增加诸如 隔离器件 磁环 电感等元器件 另外 针对原有不同的电子系统还可以在软件方面进行 调整 如工作频率 工作模式和异常状态处理等措施 下面举例来说明电磁兼容设计平台软件所生成的医疗电子产品的电磁兼容设计方法 要点 二 二 医疗电子产品信息医疗电子产品信息 1 产品名称 全数字彩色多普勒超声诊断系统 电磁兼容设计平台 EDP 应用案例精选之医疗行业应用 4 2 测试标准 欧洲标准 IEC60601 1 2 2007 国家标准 YY0505 2012 3 产品主要接口信息 外部接口名称接口负荷连接备注 AV 复合视频接口 AC220V 电路接口220V 喇叭接口 耳机接口 VGA 接口连接 LCD 显示器 百兆以太网接口 PS 2 接口连接键盘 USB 2 0 接口鼠标或其他通信连接 DC12V 电路接口12V DC24V 电路接口24V RS232 接口 SATA 接口连接硬盘 4 产品内部主要电磁干扰源说明 骚扰类型主要骚扰模块用途说明骚扰模块电磁参数 电源模块PWM 1 5MHz 宽带骚扰 数模转换模块数模信号转换 窄带骚扰 微处理器 CPU 电路 中央处理单元工作频率 50MHz 电磁兼容设计平台 EDP 应用案例精选之医疗行业应用 5 晶振提供时钟源工作频率 20MHz 晶振提供时钟源工作频率 12MHz 晶振提供时钟源工作频率 32 768MHz 晶振提供时钟源工作频率 10 25MHz DDR2内存工作频率 360MHz 5 产品结构信息 机体结构特性部件组合形式开孔类型 通风开孔 金属插框式架构搭接接口开孔 电源及通 讯信号 6 产品电缆信息 线缆名称线缆类型连接备注 VGA 电缆屏蔽电缆LCD 显示屏 USB2 0 通讯电缆屏蔽电缆鼠标 PS2 电缆屏蔽电缆键盘 STAT 电缆屏蔽电缆存储硬盘 三 三 产品产品 EMC 设计方案设计方案 列举以上产品信息部分项目 EMC 设计方案 本方案由电磁兼容设计平台 EDP 软件自动生成 1 USB 接口电路接口电路 原理图的原理图的 EMC 设计设计 USB 2 0 接口防静电设计接口防静电设计 电磁兼容设计平台 EDP 应用案例精选之医疗行业应用 6 图 1 USB 2 0 接口防静电设计 接口电路设计概述 接口电路设计概述 本方案从 EMC 原理上 进行了相关的抑制干扰和抗敏感度的设计 从设计层次解决 EMC 问题 电路电路 EMC 设计说明 设计说明 1 电路滤波设计要点 电路滤波设计要点 L1 为共模滤波电感 用于滤除差分信号上的共模干扰 L2 为滤波磁珠 用于滤除为电源上的干扰 C1 C2 为电源滤波电容 滤除电源上的干扰 L1 共模电感阻抗选择范围为 60 100MHz 120 100MHz 典型值选取 90 100MHz L2 磁珠阻抗范围为 100 100MHz 1000 100MHz 典型值选取 600 100MHz 磁 珠在选取时通流量应符合电路电流的要求 磁珠推荐使用电源用磁珠 C1 C2 两个电容在取值时要相差 100 倍 典型值为 10uF 0 1uF 小电容用滤除电源 上的高频干扰 大电容用于滤除电源线上的纹波干扰 C3 为接口地和数字地之间的跨接电容 典型取值为 1000pF 耐压要求达到 2KV 以上 C3 容值可根据测试情况进行调整 2 电路防护设计要点 D1 D2 和 D3 组成 USB 接口防护电路 能快速泄放静电干扰 防止在热拔插过程中产 生的大量干扰能量对电路进行冲击 导致内部电路工作异常 D1 D2 D3 选用 TVS TVS 反向关断电压为 5V TVS 管的结电容对信号传输频率有一 定的影响 USB2 0 的 TVS 结电容要求小于 5pF 接口电路设计备注 接口电路设计备注 如果设备为金属外壳 同时单板可以独立的划分出接口地 那么金属外壳与接口地直 接电气连接 且单板地与接口地通过 1000pF 电容相连 如果设备为非金属外壳 那么接口地 PGND 与单板地 GND 直接电气连接 2 晶振电路晶振电路 原理图的原理图的 EMC 设计设计 1 无源晶体电路无源晶体电路 电磁兼容设计平台 EDP 应用案例精选之医疗行业应用 7 图 1 无源晶体电路 原理图 EMC 设计说明 1 C1 C2 为谐振电容 根据功能需求取值 2 R1 R2 可以根据实际的情况更换为低阻抗的磁珠 3 C3 为预设计 可根据测试情况增加或调整 2 有源晶振电路有源晶振电路 图 2 有源晶振电路 原理图 EMC 设计说明 1 R1 为预留匹配设计 可根据实验情况 进行调整或更换磁珠处理 电磁兼容设计平台 EDP 应用案例精选之医疗行业应用 8 2 C1 为预留设计 可根据实际情况进行增加或调整处理 3 产品结构设计要求 产品结构设计要求 4 1 产品结构特性 插框式金属架构 4 2 结构设计要求 一般要求 4 3 屏蔽设计要求 通风开孔 结构设计 1 如无特别要求 铝型材是各种插框式 盒式或其他形式电子 电气设备的首选 材料 而需要较大承重或较高结构刚性的应当选择铁或钢作为主体材料 2 要求金属材料厚度 H 2mm 3 金属板直接开孔 设计成一定面积的开孔阵列 可采用增加孔深 减小孔直 径 同时增加孔密度和数量的方法 首选圆孔 其次方孔 避免长腰孔 通常应用推荐使 用孔直径 D 4mm 孔间距 L 6mm 如下图所示 图 1 通风开孔的处理方式 俯视图 布局设计 1 开孔部分与单板距离要求大于 5cm 特别要远离单板上的 CPU 及晶振 2 内部线缆不能横跨或接近开孔处走线 特别是高速通讯线缆 4 线缆设计线缆设计 4 1 USB 2 0 接口接口 USB2 0 AF 连接器 普通型 电磁兼容设计平台 EDP 应用案例精选之医疗行业应用 9 图 1 USB 金属连接器的搭接 屏蔽层与金属连接器的搭接 1 屏蔽电缆的屏蔽层要求与金属连接器进行 360 的搭接 搭接方式如上图 2 屏蔽电缆屏蔽层要避免出现单独的 尾巴 现象 USB2 0 AF 连接器 普通型 图 2 USB 2 0 信号电缆 电缆设计 电缆设计 1 USB 2 0 信号电缆采用网状编织屏蔽层的屏蔽方式 且网状编织层编织密度要求 不小于 90 差分线组采用铝箔屏蔽 2 内部组线时 差分电缆采用双绞传输 双绞绞距一般为最小绞距的 2 倍 最 小绞距 D 为电缆的外径 组线方式如上图所示 3 电缆两端需要增加磁环处理 磁环内径与电缆的外径要紧密结合 尽量选择厚 电磁兼容设计平台 EDP 应用案例精选之医疗行业应用 10 长型的磁环 走线设计 走线设计 1 USB 2 0 信号电缆走线时要求远离其他强干扰源 如电源模块 2 电缆走线最