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电子工程师必备手册(三)—EMI EMC设计秘籍

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划,然后各部分接地非常重要,此为解决共电源和地的干扰。 根据实测,主要振荡源之间的空间距离对辐射影响很大,稍远离对干扰有明显降低,如空间不允许,有必要对其做局部屏蔽,但前提是在PCB同一块接地区内,然后对电源的出入口去耦,磁珠电容是不错的选择,蓝牙及GPS可印板电感。电源 DC/DC的转换频率选择也很重要,不要让倍频(多次谐波)与其他电路的频率(特别是接受)重合,有些DC/DC频率是固定的,加简单的滤波电路就可以。同频抑制是引起GPS接受和遥控接受灵敏度下降的主要原因。还有,接受电路的本振幅度要调的尽量小,否则会成为一个持续的干扰源。我们将蓝牙,GPS接受,另一个2.4GHz收发器,433M遥控接收均继承在一个盒子内,效果还不错,GPS接收灵敏度很高。

58、遇到一个单片机系统 1. 主控芯片摩托罗拉的MC908JL3 2. 8M陶瓷谐振 3. 电源采用连接线接入

现在是EMI中的传导电压在24M的位置单点超标0.8dB。请各位指点有没有什么好的方法抑制超标。列入加磁环、加Y2电容等。再有这个频率是传导范围还是辐射范围?

答:到底是EMI实验中24M超标还是做传导时24M超标,如果是前者的话就是辐射超标,若是后者则传导超标。

59、用双向可控硅控制直流电机的调速,但电机会干扰电源影响过零检则,造成不受控或速度妀变。请各位指教!

答1: 出现这中现象的可能性有:1、电机属于非阻性负载,所以电路中产生相位移动,导致控制不准;可以加电容过滤;2、一般双向可控硅控制大功率或大电流负载,采用过零导通,而不是调相,可减少EMC的影响。

答2:流移相调速很常用的,如果过零检测的硬件部分没问题的话,就要仔细改进软件的处理方式了,在一个周期内(50Hz 20mS)要处理两次可控硅的导通,检测到过零后的延迟输出时间决定你的移相角度,

60、请问那位大侠做过V.35、E1、G.703(64K)、继电器接口的EMC设计?能否给点建议? 主要要过下面几个标准:

GB/T 17626.12(IEC61000-4-12)电磁兼容试验和测量技术 振荡波抗干扰度试验 GB/T17626.2(IEC61000-4-2)电磁兼容试验和测量技术 静电放电抗干扰度试验 GB/T 17626.3(IEC61000-4-3)电磁兼容试验和测量技术 射频电磁场辐射抗干扰度测试 GB/T 17626.4(IEC61000-4-4)电磁兼容试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗干扰度试验

GB/T 17626.5(IEC61000-4-5)电磁兼容试验和测量技术 浪涌冲击抗干扰度试验GB/T 17626.6(IEC61000-4-6)电磁兼容试验和测量技术 射频场感应的传导骚扰抗干扰度

答:这些标准都是EMC测试的一些基础标准,还需要结合你的产品确定具体指标。你的这些接口是通信接口,一般有标准电路。当单板原理图滤波设计、PCB的正确布局布线设计的时候,一般都可以通过测试,

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其他情况下需要增加EMC滤波、瞬态抑制器件,这需要结合具体接口分析。

61、布线不能跨越分割电源之间的间隙,哪位大虾可以给个详细说明啊?

答:如果一个电源层被分割成几个不同的电源部分,如有3.3V、5V等的电源,信号线最好不要同时出现在不同的电源平面上,即布线不能跨越分割电源之间的间隙,否则会出现不必要的EMC问题,对地也一样,布线也不能跨越分割地之间的间隙。

62、现用单片机通过达林顿管、光藕控制一12V继电器来控制交流接触器的吸合,在吸合瞬间常导致单片机复位,通过示波器测复位脚,能检测到有效复位信号(使用三脚的复位IC)。单片机使用5V供电,5V稳压管前后均已接1000uF电容,且用示波器检测未发现电源波动。另外,如果继电器空载(不接交流接触器)则未发现复位现象。请问各位该如何解决?

答1:可以在交流接触器线圈两端并联一电阻和电容串联的阻容吸收回路,电容的容量在0.01UF---0.47UF之间现在,耐压最好高于线圈额定电压的2-3倍,看这样行不行?

答2:这个应该是交流接触器动作时产生的EMC干扰所致。楼上朋友的阻容吸收是个不错的解决办法,同时也可以考虑在12V继电器的输出触点并联100P到47P的高压电容试试。

答3:在交流接触器加RC吸收是有效的。但是你还的检查你的电源回路,看看你的CPU电源走线是否太长,尽量在芯片的电源脚上并去偶电容,还有就是稳压部分也可以加LC吸收回路,尽可能的吸收来自电源的干扰。

答4:先不带负载看看是否有同样现象出现,分级判断排出问题。可先不接光藕,再不接继电器。如果不接光藕还是出现复位,查查硬件输出端口是否和复位有短路,如果没有复位,可以接光藕但不接继电器。还出现复位可能的情况是地线太细,复位脚的地离光藕太近而且远离电源,光藕的限流电阻太小,导致地电位瞬时抬高。布线时CPU要远离大电流的器件,地线采用星型单点接地。如果还是出现复位,就是继电器线圈和驰点电弧或大负载的变化引起的电磁干扰。可采取屏蔽和消除触点拉弧的一些方法来解决。多数情况是电源没处理好,地线或+5V线过长过细。CPU位置不合理。

63、交流滤波器与直流滤波是否可以互用?一般而言,交流线滤波器可以用在直流的场合,但是直流线滤波器绝对不能用在交流的场合,这是为什么?

答:直流滤波器中使用的旁路电容是直流电容,用在交流条件下可能会发生过热而损坏,如果直流电容的耐压较低,还会被击穿而损坏。即使不会发生这两种情况,一般直流滤波器中的共模旁路电容的容量较大,用在交流的场合会发生过大的漏电流,违反安全标准的规定。

64、在一个盒式设备中,比如以太网交换机或PC机,存在机壳地和电路地工作地,我发现有些设备将两个地用电容连接,有些用0电阻连接,有些用铁氧体连接,究竟哪一个对?

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答:我们一般使用102高压瓷介电容。

65、“机构的防护”是指什么?是不是机壳的防护?

答:是的,机壳要尽量严密,少用或不用导电材料,尽可能接地。

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66、请问产品全部采用金属做为外壳(如铝,不锈钢等材质)对产品的ESD防护有何大的影响?应怎样处理较好?

答:产品全部用金属外壳,如果接地不良当然不利于ESD的防护,但只要做好接地就不会有什么问题。至于如何接地就要看设备的具体情况了,如果是大型设备,可以通过设备直接接大地,效果当然会很理想的。

67、为什么频谱分析仪不能观测静电放电等瞬态干扰?

答:因为频谱分析仪是一种窄带扫频接收机,它在某一时刻仅接收某个频率范围内的能量。而静电 放电等瞬态干扰是一种脉冲干扰,其频谱范围很宽,但时间很短,这样频谱分析仪在瞬态干扰发生 时观察到的仅是其总能量的一小部分,不能反映实际的干扰情况。

68、在现场进行电磁干扰问题诊断时,往往需要使用近场探头和频谱分析仪,怎样用同轴电缆制作一 个简易的近场探头?

答:将同轴电缆的外层(屏蔽层)剥开,使芯线暴露出来,将芯线绕成一个直径1~2 厘米小环(1~3 匝),焊接在外层上。

69、测量人体的生物磁信息是一种新的医疗诊断方法,这种生物磁的测量必须在磁场屏蔽室中进行, 这个屏蔽室必须能屏蔽从静磁场到1GHz 的交变电磁场,请提出这个屏蔽室的设计方案。

答:首先考虑屏蔽材料的选择问题,由于要屏蔽频率很低的磁场,因此要使用高导磁率的材料,比 如坡莫合金。由于坡莫合金经过加工后,导磁率会降低,必须进行热处理。因此,屏蔽室要作成拼 装式的,由板材拼装而成。事先将各块板材按照设计加工好,然后进行热处理,运输到现场,十分 小心的进行安装。每块板材的结合处要重叠起来,以便形成连续的磁通路。这样构成的屏蔽室能够 对低频磁场有较好的屏蔽效能,但缝隙会产生高频泄漏。为了弥补这个不足,在坡莫合金屏蔽室的 外层用铝板焊接成第二层屏蔽,对高频电磁场起到屏蔽作用。

70、 设计屏蔽机箱时,根据哪些因素选择屏蔽材料?

答:从电磁屏蔽的角度考虑,主要要考虑所屏蔽的电场波的种类。对于电场波、平面波或频率较高 的磁场波,一般金属都可以满足要求,对于低频磁场波,要使用导磁率较高的材料。

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71、机箱的屏蔽效能除了受屏蔽材料的影响以外,还受什么因素的影响?

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答:受两个因素的影响,一是机箱上的导电不连续点,例如孔洞、缝隙等;另一个是穿过屏蔽箱的导线,如信号电缆、电源线等。

72、屏蔽磁场辐射源时要注意什么问题?

答:由于磁场波的波阻抗很低,因此反射损耗很小,而主要靠吸收损耗达到屏蔽的目的。因此要选 择导磁率较高的屏蔽材料。另外,在做结构设计时,要使屏蔽层尽量远离辐射源(以增加反射损耗), 尽量避免孔洞、缝隙等靠近辐射源。

73、在设计屏蔽结构时,有一个原则是:尽量使机箱内的电缆远离缝隙和孔洞,为什么?

答:由于电缆近旁总是存在磁场,而磁场很容易从孔洞泄漏(与磁场的频率无关)。因此,当电缆距离缝隙和孔洞很近时,就会发生磁场泄漏,降低总体屏蔽效能。

74、为什么在很多情况下为了抑制噪声信号我们都采用接地的方法,而不是接电源的方法?地和电源在多层PCB上面都是其中的一层,按照电压零点相对性来说即使是电源层不是也可以作为电压零点吗?

答1:接地也可以说接参考点,既然是参考点就要能起到参考作用。认为是地,就是说起码认为这里是零,没有任何阻抗(实际上是不是要看layout)。电源输出阻抗如果是零的话,当然也可以做参考点,也可以作为噪声信号的旁路通道。

答2:信号的地有几种意思: 1.绝对地——EARTH ,大地 2.相对地——GROUND,参考地

3.无地——有时为了减少干扰,信号的0/1,故意是彼此相对值,而不是与地相对值,即信号0并不取为地。比如CAN中的信号就如此。硬件设计的难点之一,就是如何解决好接地问题,从IC芯片,到一个大系统都如此。

答3:用示波器探头上的地线夹夹电源有可能会烧掉示波器噢。

示波器探头上的地线夹是与示波器电源线的地线相连的(如果不是隔离探头的话)。用它夹电源会将电源直接对地短路。用不同探头的地线夹夹在不同电位的点上也会短路的。

所以推荐的做法是示波器电源通过一个隔离变压器接入市电。或者象我们通常做的那样,将示波器电源线上的地线脚拔掉,以绝后患。接地和隔离是我们在设计和测试中应该时刻注意的问题。

答4:虽然电源层和地层交流上都是电压零点,但相对而言地层更干净一点,所以通常是接地而不是电源。

75、某个手持测试产品,可以电池供电,同时也可以采取外置适配器供电方式。适配器单独带负载辐射发射(RE)测试可以通过,手持产品在电池供电情况下辐射发射(RE)也可以通过,并且余量都比较大,但

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是在带外置适配器的情况下,却在160M频率左右超标较多,不能通过认证。是何原因?怎么定位干扰源?耦合途径?定位清楚如何解决?

答:本身这个问题干扰源有两个可能,适配器的开关频率,手持测试产品本身的晶振以及内部的开关电源频率。单独测试没有超标,搭配测试超标说明耦合途径是产品的电源电缆。

定位时可以有多个办法:

1、在电源输出线缆(也就是产品电源输入线)的两端分别加磁环试验,如果靠近适配器相对下降比较大,说明是适配器导致,否则原因就是由手持产品内部干扰源导致;

2、在手持产品的电源输入接口共模电感采取频谱仪测试看那一端干扰幅度大,如果是共模电感里侧的干扰大,则说明是手持产品的干扰;

3、如果怀疑外部适配器,干脆直接替换测试,如果没有这个频点,就说明是适配器问题。

通过上面方法定位后发现,确实是电源适配器问题。尽管开关电源频率只有KHZ级别,但往往干扰能够到几十、几百MHZ,同时电源适配器负载不同,空间辐射发射的测试结果也会不一样。

76、我们做的是一个手持设备,带电池工作在做辐射发射测试时,在700M的点超标。回来后我们把辐射源定位在了10M的有源晶振和dsp的内部PLL电路上。首先我们改善了晶振的电源滤波电路,加上了10uf和0.1uf的电容,700M这个点有明显的降低,但是800M点上却上升较多。其次我们更换了直插的晶振为贴片的,以减小其扇出能力,改善效果不大。请问还有其他什么办法可以改进吗?晶振的滤波电路有什么特殊要求?

答:从你描述情况看,本身源头可能是10MHZ晶振,或内部的10MHZ倍频,对于700MHZ或800MHZ的高频超标,有几个方面可以处理:

晶振处理:供电电源滤波,时钟走线采取RC滤波,或用磁珠替代电阻滤波;

另外如果能够定位是单板走线对外辐射的话,可以针对对外辐射走线进行滤波,如磁珠、电容; 由于超标是高频,很有可能是你的PCB单板地阻抗比较大,有较大地地环路,这个方面需要你查看PCB设计;

另外如果你的设备是金属壳,那可以从屏蔽角度看是否有屏蔽泄漏!

如果是接口电缆对外辐射,可以对电缆接口进行滤波处理,具体措施针对不同接口有所不同。

77、经常设计时候没有人提起EMC,或对EMC重视程度不够;开模后或产品定型后有关EMC问题就出来了。怎么解决这个问题?

答:这个问题在我们大多企业都会遇到,关键是企业没有一套严格的EMC设计流程!大多工程师没有EMC设计经验,导致工程师没有把EMC设计理念融入到产品前期的研发过程中,这样出现问题也就不足为怪了。我们建议企业首先需要培养工程师的EMC设计水平,同时提高他们的设计意识,另外更重要的是要建立一套EMC的设计流程与平台,比如,需要有EMC设计的原理图规范,并有设计检查控制列表,有引导,有监

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