川土微电子|隔离电源的辐射抑制设计参考(三)

EMC/EMI设计

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描述

构建边缘防护

电源层和地层之间 的电场是变化的,在 PCB 板的会向外辐射电磁干扰,称为边缘效应。将电源层内缩,使得电场只在接地层的范围内传导, 以减少向外辐射。若电源平面的边缘到地平面的边缘内缩两个平面层间距的 20 倍以上, 可以有效降低向外辐射,即 20H 法则。如图 11 所示。

单片机

在 PCB 四周加上一些接地的过孔,形成接地过孔防护盾,将噪声返回到地层, 减少对外的辐射。如图12 所示。

单片机

过孔屏蔽墙的设计如下,效果更佳:

有一排以上的过孔;若有两排以上, 两排过孔尽量相互错开;同一排的过孔间距不小于电磁波波长 λ 的二十分之一。 实际布线时, 过孔间距可以取 3mm 左右,足以对屏蔽 1GHz 以下的电磁干扰。宽频磁珠的使用

磁珠有高频磁珠、宽频磁珠等不同的类型,高频磁珠,相应速度快,频段较窄,适用于特定频段的噪声抑制。而宽频磁珠具有在比较宽的频段上保持相对较高的阻抗。由于芯片频率工作在约 70MHz,在基频及其多倍频处辐射干扰比较明显。

磁珠的主要原材料为铁氧体, 宽频磁珠具有低频阻抗很低, 在很宽的高频频段内保持较高的阻抗。 RF 能量是叠加在直流传输电平上的交流成分, 直流成分是需要

的有用信号,而射频 RF 能量却是无用的电磁感染沿着线路和空间传输,形成 CE 传导和 RE 辐射干扰。贴片磁珠扮演着高频电阻的角色,允许直流信号通过,而滤除相应频段的交流信号。铁氧体磁珠在高频下的高电阻特性决定了其是一个消耗能量装置,高频噪声能量在磁珠上转化为热能。

下面是型号为 FBG2912-601Y 的宽频磁珠,其阻抗-频率特性如下图所示。


单片机
 

在较高的频段,如大于 100MHz, 磁珠的阻抗主要由电阻成分构成,随着频率的升高,磁珠磁芯的磁导率降低,导致电感量减少,感抗成分减小,但是此时磁芯的损耗增加,电阻成分增加。当高频信号通过铁氧体时,电磁干扰被吸收并转化为热能的形式消耗掉,对降低 RE 辐射有帮助。

在相对较低的频段,如小于 10MHz, 磁珠的阻抗主要有感抗构成,低频时电阻成分很小。 磁芯的磁导率较高, 电感量相对电阻较大,电感起主要作用。 这时磁芯的损耗较小,磁珠相当于一个低损耗、高品质因数特性的电感。

选择磁珠时,应考虑在需要的频段相对阻抗较大的阻抗。如 FBG2912-601Y 型号的磁珠,在 30MHz 到1GHz 的频段内都有着较高的阻抗。

此外,铁氧体磁珠的摆放位置应尽可能靠近干扰源的地方,如下图所示。

单片机

应用时,如果一个磁珠的衰减量不够时,可以使用多个相同磁珠串联使用, 也可以使用不同型号的磁珠串联使用,这样可以覆盖更宽的频率范围。

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