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电磁兼容设计基本原则:我们的产品正在帮助我们(下)

2013-03-224530电磁干扰与兼容

8.2改进 #1:建立一个射频参照
        我们用单个PCB 板来代替多个PCB 板,且单个PCB 板具有一个横跨整个区域的公共导体(几乎总是0V),我们把该公共导体称为射频参照。你可以为它选择一个你自己的名字,只要不是“地”就行。

PCB 中的射频参照是一个固体的,连续的,铜平面,它位于底部——完善地远隔——所有设备,元件,导线和电源层区域。应该不会有导线“溜进”这个平面层,在该平面出现的任何缺口一定都是无法避免且尽可能小。

手机设计者发现贴近2 瓦特超高频或微波射频发射机,扩音器和微处理器的产品即使过孔周围的空隙也过多地增加了射频参照面的阻抗,因此他们采用了先进的微过孔PCB 制造工艺(称为“高密度连接”或HDI,或者叫“积层”),该工艺能够提供100% 的固体铜射频参照面。

一个射频参照可以有非常低的阻抗(Z),它的值取决于设备和需要满足的EMC 规范要求——但必须使其值在全频段远小于1Ω,以免引起/ 遭受电磁干扰问题。

“必须控制好频率范围以免引起/ 遭受电磁干扰问题”是指在PCB 设备里产生的所有DM 频率,及在工作环境和/ 或抗扰度测试标准里的所有频率(如果他们需要一个更高频率范围的抗扰度)。

设计一个盈利的产品是在满足客户的同时以一个整体利润来销售产品,并且要满足客户更多的EMI 要求,而不仅仅是通过EMC 测试标准的最低要求。

建立射频参照很自然地就为所有可能的能量/ 信号/ 噪声电流,以及PCB 上的CM 噪声电流提供了一个低阻抗(高导纳)的回流路径。由于它非常贴近PCB 的元件,设备和导线,所以这些电流回路区域都很小——这正是我们所需要的良好的SI,PI 和EMC。

意识到没有必要“强迫”回路电流沿射频参照面流动,从而使电场和磁场发射最小这点至关重要——我们只需要提供一个射频参照面,随即它们将会自然而然地“选择”沿它流动而不是其他地方!(见图7 和8)。射频参照面最适用于一些低剖面元件,所以我们可以用一些离PCB 和射频参照面极近的元件代替那些离参考面高的元件。

在PCB 中建立有效的低阻抗射频参照面,详情请见[7] 中7.4,[12] 中的3 和4,[10] 中11.2.2。

8.3改进 #2:直流源的去耦
        我们在直流电源导线和射频参照面间设计去耦以实现低阻抗,它的值(对于8.1)由设备和需要满足的EMC 规范决定——但一定要使其在全频段远小于1Ω,以免引起/ 遭受电磁干扰问题。

这就允许在电源导线间的DM 波动电流沿更小的回路流动,并且离设备非常近——它们“选择”了自己的方向,而不是在射频参照面内大范围流动——由此产生更小范围的DM 近场,并且引起的CM 噪声发射比大面积引起的发射少。

PC 主板目前要实现频率远大于1GHz 时电源阻抗远低于0.25mΩ。这是不可能通过廉价的去耦电容实现的,因为300MHz 以上超出了它们自身的谐振频率因此呈现感性——它们的阻抗随着频率升高——所以阻抗不可能很低。

然而,由于在PCB 里有一个射频参照面,我们便可以在PCB 的玻璃纤维介质里,将它和相邻的电源层配对来提供分散式的去耦电容,这能在数GHz 以上都维持一个非常低的阻抗。

如何在PCB 里进行有效的去耦,相关细节见[7] 中的7.5,[12] 中的5 和[10] 中的12.1.3。

8.2改进 #3:滤波电缆
       对于射频参照面内所有与外部导体有连接的走线,而不仅仅是通过EMC 测试标准的最低要求。
建立射频参照很自然地就为所有可能的能量/ 信号/ 噪声电流,以及PCB 上的CM 噪声电流提供了一个低阻抗(高导纳)的回流路径。由于它非常贴近PCB 的元件,设备和导线,所以这些电流回路区域都很小——这正是我们所需要的良好的SI,PI 和EMC。

意识到没有必要“强迫”回路电流沿射频参照面流动,从而使电场和磁场发射最小这点至关重要——我们只需要提供一个射频参照面,随即它们将会自然而然地“选择”沿它流动而不是其他地方!(见图7 和8)。射频参照面最适用于一些低剖面元件,所以我们可以用一些离PCB 和射频参照面极近的元件代替那些离参考面高的元件。

在PCB 中建立有效的低阻抗射频参照面,详情请见[7] 中7.4,[12] 中的3 和4,[10] 中11.2.2。

8.2改进 #3:滤波电缆
对于射频参照面内所有与外部导体有连接的走线,我们都在其上设置连接或滤波器,不管它们的电子/ 电气/ 或是其他用途(包括金属部件;和金属液压/ 气动管等)。

输入端的滤波器常常只是一个与射频参照有关的电容,但在输出端的滤波器一般都需要一个串联电阻器或者软磁扼流圈,以此来保证增加电容的同时不会显著增加输出电流的峰值。

当然,我们可能需要通过电容与电阻或软磁扼流圈/CM 扼流圈相结合来制作更复杂的滤波器——但有太多的细节是本文刚涉及到的。滤波详情请见[7] 中的5、[12]中的2 或[10] 中的13.2。

将这些滤波器放置在走线与外部导体连接的地方,这样就为CM 电流提供了一个低阻抗的路径,否则这个电流将从PCB“泄漏”到导体中。至于8.1,阻抗的值是由设备和EMC 要求规范决定的,但是一定要使其在全频段远低于1Ω,以免引起/ 遭受电磁干扰问题。

8.3改进 #2:直流源的去耦
        我们在直流电源导线和射频参照面间设计去耦以实现低阻抗,它的值(对于8.1)由设备和需要满足的EMC 规范决定——但一定要使其在全频段远小于1Ω,以免引起/ 遭受电磁干扰问题。

这就允许在电源导线间的DM 波动电流沿更小的回路流动,并且离设备非常近——它们“选择”了自己的方向,而不是在射频参照面内大范围流动——由此产生更小范围的DM 近场,并且引起的CM 噪声发射比大面积引起的发射少。

PC 主板目前要实现频率远大于1GHz 时电源阻抗远低于0.25mΩ。这是不可能通过廉价的去耦电容实现的,因为300MHz 以上超出了它们自身的谐振频率因此呈现感性——它们的阻抗随着频率升高——所以阻抗不可能很低。

然而,由于在PCB 里有一个射频参照面,我们便可以在PCB 的玻璃纤维介质里,将它和相邻的电源层配对来提供分散式的去耦电容,这能在数GHz 以上都维持一个非常低的阻抗。

如何在PCB 里进行有效的去耦,相关细节见[7] 中的7.5,[12] 中的5 和[10] 中的12.1.3。

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