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发布者:来自网络 发布时间:2011/9/28 阅读:4755次    关键字: EMC
转贴:EMC设计时应该注意的问题


EMC设计时应该注意的问题

    高技术集成电路的生产商可以提供详尽的EMC设计说明,比如Intel的奔腾MMX芯片就是这样。设计人员要了解这些并严格按要求去做。详尽的 EMC设计建议表明:生产商关心的是用户的真正需求,这在选择器件时是必须考虑的因素。在早期设计阶段,如果IC的EMC特性不清楚,可以通过一简单功能电路(至少时钟电路要工作)进行各种EMC测试,同时要尽量在高速数据传输状态完成操作。发射测试可方便地在一标准测试台上进行,将近场磁场探头连接到频谱分析仪(或宽带示波器)上,有些器件明显地比其他一些器件噪声小得多,测试抗扰度时可采用同样的探头,并连到信号发生器的输出端(连续射频或瞬态)。但如果探头是仪器专配的(不只是简单的短路环或导线),首先要检查其功率承受能力是否满足要求。测试时近场探头需贴近器件或PCB板,为了定位“关键探测点”和最大化探头方向, 应首先在整个区域进行水平及垂直扫描(使探头在各个方向相互垂直),然后在信号最强的区域集中进行扫描。

1.1.2 不宜采用IC 座

IC座对EMC 很不利,建议直接在PCB上焊接表贴芯片,具有较短引线和体积较小的IC芯片则更好, BGA及类似芯片封装的IC在目前是最好的选择。安装在座(更糟的是,插座本身有电池)上的可编程只读存储器(PROM)的发射及敏感特性经常会使一个本来良好的设计变坏。因此,应该采用直接焊接到电路板上的表贴可编程储存器

带有ZIF座和在处理器(能方便升级)上用弹簧安装散热片的母板,需要额外的滤波和屏蔽,即使如此,选择内部引线最短的表贴ZIF 座也是有好处的。

1.1.3电路技术

对输入和按键采用电平检测(而非边沿检测)

使用前沿速率尽可能慢且平滑的数字信号(不超过失真极限)

在PCB样板上,允许对信号边沿速度或带宽进行控制(例如,在驱动端使用软铁氧体磁珠或串联电阻

降低负载电容,以使靠近输出端的集电极开路驱动器便于上拉,电阻值尽量大 * 处理器散热片与芯片之间通过导热材料隔离,并在处理器周围多点射频接地。

电源的高质量射频旁路(解耦)在每个电源管脚都是重要的。

高质量电源监视电路需对电源中断、跌落、浪涌和瞬态干扰有抵抗能力

需要一只高质量的看门狗

决不能在看门狗或电源监视电路上使用可编程器件

电源监视电路及看门狗也需适当的电路和软件技术,以使它们可以适应大多数的不测情况,这取决于产品的临界状态

当逻辑信号沿的上升/下降时间比信号在PCB走线中传输一个来回的时间短时,应采用传输线技术:

a 、经验:信号在每毫米轨线长度中传输一个来回的时间等于36皮秒

b 、为了获得最佳EMC特性,对于比a中经验提示短得多的轨线,使用传输线技术

有些数字IC产生高电平辐射,常将其配套的小金属盒焊接到PCB地线而取得屏蔽效果。PCB上的屏蔽成本低,但在需散热和通风良好的器件上并不适用。

时钟电路通常是最主要的发射源,其PCB轨线是最关键的一点,要作好元件的布局,从而使时钟走线最短,同时保证时钟线在PCB的一面但不通过过孔。当一个时钟必须经过一段长长的路径到达许多负载时,可在负载旁边安装一时钟缓冲器,这样,长轨线(导线)中的电流就小很多了。这里,相对的失真并非重要。长轨线中的时钟沿应尽量圆滑,甚至可用正弦波,然后由负载旁的时钟缓冲器加以整形

 

1.1.4扩展频谱时钟

所谓的“扩展频谱时钟”是一项能够减小辐射测量值的新技术,但这并非真正减小了瞬时发射功率,因此,对一些快速反应设备仍可能产生同样的干扰。这种技术对时钟频率进行1% ~ 2% 的调制,从而扩散谐波分量,这样在CISPR16或FCC发射测试中的峰值较低。所测的发射减小量取决于带宽和测试接收机的积分时间常数,因此这有一点投机之嫌,但该项技术已被FCC所接受,并在美国和欧洲广泛应用。调制度要控制在音频范围内,这样才不会使时钟信号失真,图2是一时钟谐波发射改善的例子。扩展频谱时钟不能应用于要求严格的时间通信网络中,比如以太网、光纤、FDD、ATM、SONET和ADSL。绝大多数来自数字电路发射的问题是由于同步时钟信号。非同步逻辑(比如AMULET微处理器,正由steve Furbe教授领导的课题组在UMIST研制)将大大地降低发射量,同时也可获得真正的扩频效果,而不只是集中在时钟谐波上产生发射。

1.2模拟器件和电路设计

1.2.1 选择模拟器件

从EMC的角度选择模拟器件不象选择数字器件那样直接,虽然同样希望发射、转换速率、电压波动、输出驱动能力要尽量小,但对大多数有源模拟器件,抗扰度是一个很重要的因素,所以确定明确的EMC订购特征相当困难。

来自不同厂商的同一型号及指标的运算放大器,可以有明显不同的EMC性能,因此确保后续产品性能参数的一致性是十分重要的。敏感模拟器件的厂商提供EMC或电路设计上的信噪处理技巧或PCB布局,这表明他们关心用户的需求,这有助于用户在购买时权衡利弊。

1.2.2 防止解调问题

大多数模拟设备的抗扰度问题是由射频解调引起的。运放每个管脚都对射频干扰十分敏感,这与所使用的反馈线路无关(见图3),所有半导体对射频都有解调作用,但在模拟电路上的问题更严重。即使低速运放也能解调移动电话频率及其以上频率的信号,图4表明了实际产品的测试结果。为了防止解调,模拟电路处于干扰环境中时需保持线性和稳定,尤其是反馈回路,更需在宽频带范围内处于线性及稳定状态,这就常常需要对容性负载进行缓冲,同时用一个小串联电阻(约为 500)和一个大约5PF的积分反馈电容串联。

进行稳定度及线性测试时,在输入端注入小的但上升沿极陡 (<1ns) 的方波信号(也可以通过电容馈送到输出端和电源端),方波的基频必须在电路预期的频带内,电路输出应用100MHz(至少)的示波器和探针进行过冲击和振铃检查,对音频或仪表电路也应如此,对更高速模拟电路,要选取频带更宽的示波器,同时注意使用探头的技巧

超过信号高度50%的过冲击表明电路不稳定,对过冲击应予以有效的衰减,信号的任何长久的振铃(超过两个周期)或突发振荡表明其稳定度不好。 以上测试应在输入及输出端均无滤波器的情况下进行,也可以用扫频代替方波,频谱分析仪代替示波器(更易看出共振频率)

1.2.3其它模拟电路技术

获得一稳定且线性的电路后,其所有联线可能还需滤波,同一产品中的数字电路部分总会把噪声感应到内部连线上,外部连线则承受外界的电磁环境的骚扰。滤波器将在后面介绍。

决不要试图采用有源电路来滤波和抑制射频带宽以达到EMC要求,只能使用无源滤波器(最好是RC型)。在运放电路中,只有在其开环增益远大于闭环增益时的频率范围内,积分反馈法才有效,但在更高频率,它不能控制频率响应。

应避免采用输入、输出阻抗高的电路,比较器必须具有迟滞特性(正反馈),以防止因为噪声和干扰而使输出产生误动作,还可防止靠近切换点处的振荡。不要使用比实际需要快得多的输出转换比较器,保持dv/dt在较低状态。

对高频模拟信号(例如射频信号),传输线技术是必需的,取决于其长度和通信的最高频率,甚至对低频信号,如果对内部联接用传输线技术,其抗扰度也将有所改善。有些模拟集成电路内的电路对高场强极为敏感,这时可用小金属壳将其屏蔽起来(如果散热允许),并将屏蔽盒焊接到PCB地线面上

与数字电路相同,模拟器件也需要为电源提供高质量的射频旁路(去耦),但同时也需低频电源旁路,因为模拟器件的电源噪声抑制率(PSRR)对1kHz 以上频率是很微弱的,对每个运放、比较器或数据转换器的每个模拟电源引脚的RC或LC滤波都是必要的,这些电源滤波器转折频率和过渡带斜率应补偿器件 PSRR的转折频率和斜率,以在所关心的频带内获得期望的PSRR

一般的EMC设计指南中都很少涉及射频设计,这是因为射频设计者一般都很熟悉大多数连续的EMC现象,然而需要注意的是,本振和IF频率一般都有较大的泄漏,所以需要着重屏蔽和滤波。

文章来源:电源网 http://tech.dianyuan.com/article-2-13732-1

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