电磁兼容性的设计方法
EMC 设计的基本原则和方法,首先是根据产品设计对EMC 提出的要求和相应指标,然后,依据EMC 的有关标准和规范,将设计产品的EMC 指标要求分解成元器件级、电路级、模块级和产品级的指标要求,再按照各级要实现的功能要求,逐级分层次的进行设计。
EMC 设计应考虑的问题很多,但从根本上讲,就是如何提高设备的抗扰度和防止电磁泄漏。通常采取的措施,一方面设备或系统本身应选用互相干扰最小的设备、电路和部件,并进行合理的布局。再就是通过接地、屏蔽及滤波技术,抑制与隔离电磁骚扰。对不同的设备或系统有不同的设计方法和措施。
下面具体谈点粗浅认识。
元器件的选择和电路的分析是EMC 设计基础
以计算机为例.它是以数字电路为主,以低电平传输信号的设备。所用的数字集成电路既是干扰源,又是干扰的敏感器件,以存储器为代表的MOS器件就是一个典型例子。存储器瞬间工作时能产生很大电流,加之工作频率可达百兆以上,因而易产生窜扰,造成误动作或通过公共阻抗干扰其它电路。但另一方面,MOS 器件本身的抗扰性又很差。数字电路传送脉冲信号,产生的辐射频率范围很宽,如时钟产生器、高速逻辑电路等都会产生高频干扰和电磁泄漏,同时也会受通信、电视等频段的电磁骚扰。因此,在设计时要考虑选用抗干扰器件,合理确定指标和运用接地、屏蔽等技术。
电源系统的EMC 设计
无论是信息技术设备还是无线电电子、电气产品都要有电源供电。电源有外电源和内电源,电源是典型的也是危害严重的电磁干扰源。如电网的冲击,尖峰电压可高达千伏以上,会给设备或系统带来毁灭性的破坏。另外,电源干线是多种干扰信号侵人设备的途径。因此,电源系统,特别是开关电源的EMC 设计是部件级设计的重要环节。其措施多种多样,诸如供电电缆直接从电网总闸引出,电网引出的交流经稳压、低通滤波、电源变压器绕组间的隔离、屏蔽以及浪涌抑制和过压过流保护等。
接地系统的抗干扰设计
良好的接地可以保护设备或系统的正常操作以及人身安全。可以消除各种电磁干扰和雷击等。所以接地设计是非常重要的,但也是难度较大的课题。地线的种类很多,有逻辑地、信号地、屏蔽地、保护地等。接地的方式也可分单点接地、多点接地、混合接地和悬浮地等。理想的接地面应为零电位,各接地点之间无电位差。但实际上,任何“地”或接地线都有电阻。当有电流通过时,就会产生压降,使地线上的电位不为零,两个接地点之间就会存在地电压。当电路多点接地,井有信号联系时,就将构成地环路干扰电压。因此,接地技术十分讲究,如信号接地与电源接地要分开,复杂电路采用多点接地和公共地等。
印制电路板的EMC 设计
元器件、电路和地线引起的骚扰都会在印制电路板上反映出来。因此,印制电路板的EMC 工程设计非常关键。印制电路板的布线要合理,如采用多层板,电源线与地线靠近,时钟线、信号线与地线的距离要近等,以减少电路工作时引起内部噪声。严格执行印制电路板的工艺标准和规范,模拟和数字电路分层布局,以达到板上各电路之间的相互兼容。
另外,值得注意的是在进行EMC 设计时,一定不能忽略对静电放电(ESD)的防护。ESD 防护的关键,一是防止静电核的产生和积累,再就是阻隔ESD 效应的发生。阻止静电的方法和措施很多,这里不做赘述。
电磁兼容性的测试方法
EMC 设计与EMC 测试是相辅相成的。EMC设计的好坏是要通过EMC 测试来衡量的。只有在产品的EMC 设计和研制的全过程中,进行EMC 的相容性预测和评估,才能及早发现可能存在的电磁干扰,并采取必要的抑制和防护措施,从而确保系统的EMC。否则,当产品定型或系统建成后再发现不兼容的题,则需在人力、物力上花很大的代价去修改设计或采用补救的措施。然而,往往难以彻底的解决问题,而给系统的使用带来许多麻烦。