一文解析PCB的EMC抗干扰设计

玩转PCB设计 发表于 2021-01-14 09:48:58 收藏 已收藏
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一文解析PCB的EMC抗干扰设计

玩转PCB设计 发表于 2021-01-14 09:48:58

电磁干扰的三要素是干扰源、干扰传输途径、干扰接收器(敏感信号或设备)。EMC就围绕这些问题进行研究。PCB设计最基本的干扰抑制技术是屏蔽、滤波、接地。它们主要用来切断干扰的传输途径。

一、电磁兼容性(EMC)

电磁兼容性(EMC)是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此,EMC包括两个方面的要求:一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值;另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度,即电磁敏感性。

EMC(ElectromagneticCompatibility),在国际电工委员会标准IEC对电磁兼容的定义为:系统或设备在所处的电磁环境中能正常工作,同时不会对其他系统和设备造成干扰。

EMC包括EMI(电磁干扰)及EMS(电磁耐受性)两部分:

① EMI:指机器本身在执行应有功能的过程中所产生不利于其它系统的电磁噪声;

② EMS:指机器在执行应有功能的过程中不受周围电磁环境影响的能力。

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电磁兼容(electromagneticcompatibility)各种电气或电子设备在电磁环境复杂的共同空间中,以规定的安全系数满足设计要求的正常工作能力。也称电磁兼容性。它的含义包括:

①电子系统或设备之间在电磁环境中的相互兼顾;

②电子系统或设备在自然界电磁环境中能按照设计要求正常工作。若再扩展到电磁场对生态环境的影响,则又可把电磁兼容学科内容称作环境电磁学。

电磁兼容的研究是随着电子技术逐步向高频、高速、高精度、高可靠性、高灵敏度、高密度(小型化、大规模集成化),大功率、小信号运用、复杂化等方面的需要而逐步发展的。特别是在人造地球卫星、导弹、计算机、通信设备和潜艇中大量采用现代电子技术后,使电磁兼容问题更加突出 。

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二、PCB的抗干扰设计

抗干扰问题是现代PCB设计中一个很重要的环节,它直接反映了整个系统的性能和工作的可靠性。对PCB工程师来说,抗干扰设计是大家必须要掌握的重点和难点。在实际研究中发现,PCB板的设计主要有四方面的干扰存在:电源噪声、传输线干扰、耦合和电磁干扰(EMI)。

1、电源噪声

高频电路中,电源所带有的噪声对高频信号影响尤为明显。因此,首先要求电源是低噪声的。在这里,干净的地和干净的电源同样重要。

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2、传输线

在PCB中只可能出现两种传输线:带状线和微波线。

传输线最大的问题就是反射,反射会引发出很多问题,例如负载信号将是原信号与回波信号的叠加,增加信号分析的难度;反射会引起回波损耗(回损),其对信号产生的影响与加性噪声干扰产生的影响同样严重。

3、耦合

干扰源产生的干扰信号是通过一定的耦合通道对电控系统发生电磁干扰作用的。干扰的耦合方式无非是通过导线、空间、公共线等作用在电控系统上。分析下来主要有以下几种:直接耦合、公共阻抗耦合、电容耦合、电磁感应耦合、辐射耦合等。

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4、电磁干扰(EMI)

电磁干扰EMI有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络。在高速PCB及系统设计中,高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源,能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。各种形式的电磁干扰是影响电子设备兼容性的主要原因。因此,了解电磁干扰的产生原因是抑制电磁干扰,提高电子产品电磁兼容性的重要前提。

电磁干扰的产生可以分为:

1、内部干扰内部电子元件之间的相互干扰

(1)工作电源通过线路的分布电源和绝缘电阻产生漏电造成的干扰。

(2)信号通过地线、电源和传输导线的阻抗互相耦合,或导线之间的互感造成的影响。

(3)设备或系统内部某些元件发热,影响元件本身及其他元件的稳定性造成的干扰。

(4)大功率和高电压部件产生的磁场、电场通过耦合影响其他部件造成的干扰。

2、外部干扰——电子设备或系统以外的因素对线路、设备或系统的影响。

(1)外部高电压、电源通过绝缘漏电而干扰电子线路、设备或系统。

(2)外部大功率的设备在空间产生很强的磁场,通过互感耦合干扰电子线路、设备或系统。

(3)空间电磁对电子线路或系统产生的干扰。

(4)工作环境温度不稳定,引起电子线路、设备或系统内部元器件参数改变造成的干扰。

总结:

1,电磁干扰的三要素是干扰源、干扰传输途径、干扰接收器(敏感信号或设备)。EMC就围绕这些问题进行研究。

2,PCB设计最基本的干扰抑制技术是屏蔽、滤波、接地。它们主要用来切断干扰的传输途径。
责任编辑人:CC

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