資深工程師教你如何優化設計來減少RE超標
發布時間:2015-01-26 責任編輯:wenwei
【導讀】電場和磁場的交互變化產生電磁波,電磁波向空中發射或泄露的現象,叫電磁輻射。電磁輻射是以一種看不見、摸(mo)不(bu)著(zhe)的(de)特(te)殊(shu)形(xing)態(tai)存(cun)在(zai)的(de)物(wu)質(zhi)。人(ren)類(lei)生(sheng)存(cun)的(de)地(di)球(qiu)本(ben)身(shen)就(jiu)是(shi)一(yi)個(ge)大(da)磁(ci)場(chang),它(ta)表(biao)麵(mian)的(de)熱(re)輻(fu)射(she)和(he)雷(lei)電(dian)都(dou)可(ke)產(chan)生(sheng)電(dian)磁(ci)輻(fu)射(she),太(tai)陽(yang)及(ji)其(qi)他(ta)星(xing)球(qiu)也(ye)從(cong)外(wai)層(ceng)空(kong)間(jian)源(yuan)源(yuan)不(bu)斷(duan)地(di)產(chan)生(sheng)電(dian)磁(ci)輻(fu)射(she)。圍(wei)繞(rao)在(zai)人(ren)類(lei)身(shen)邊(bian)的(de)天(tian)然(ran)磁(ci)場(chang)、太陽光、家用電器等都會發出強度不同的輻射。
電磁輻射(有時簡稱EMR)的(de)形(xing)式(shi)為(wei)在(zai)真(zhen)空(kong)中(zhong)或(huo)物(wu)質(zhi)中(zhong)的(de)自(zi)傳(chuan)播(bo)波(bo)。電(dian)磁(ci)輻(fu)射(she)有(you)一(yi)個(ge)電(dian)場(chang)和(he)磁(ci)場(chang)分(fen)量(liang)的(de)振(zhen)蕩(dang),分(fen)別(bie)在(zai)兩(liang)個(ge)相(xiang)互(hu)垂(chui)直(zhi)的(de)方(fang)向(xiang)傳(chuan)播(bo)能(neng)量(liang)。電(dian)磁(ci)輻(fu)射(she)波(bo)的(de)頻(pin)率(lv)或(huo)波(bo)長(chang)分(fen)為(wei)不(bu)同(tong)類(lei)型(xing),主(zhu)要(yao)包(bao)括(kuo)(按序增加頻率):無線電波、微波、太赫茲輻射、紅外輻射、可見光、紫外線、X射線和伽瑪射線等。其中,無線電波的波長最長而伽馬射線的波長最短。除X射線和伽瑪射線之外的電磁輻射都具有較弱電離能力,即非電離輻射。
電磁輻射所衍生的能量,取決於頻率的高低:頻率愈高,能量愈大。頻率極高的X光和伽瑪射線可產生較大的能量,能夠破壞合成人體組織的分子。事實上,X光和伽瑪射線的能量之巨,足以令原子和分子電離化,故被列為“電離”輻射。這兩種射線雖具醫學用途,但照射過量將會損害健康。X光guang和he伽jia瑪ma射she線xian所suo產chan生sheng的de電dian磁ci能neng量liang,有you別bie於yu射she頻pin發fa射she裝zhuang置zhi所suo產chan生sheng的de電dian磁ci能neng量liang。射she頻pin裝zhuang置zhi的de電dian磁ci能neng量liang屬shu於yu頻pin譜pu中zhong頻pin率lv較jiao低di的de那na一yi端duan,不bu會hui電dian離li物wu質zhi,而er會hui改gai變bian分fen子zi或huo原yuan子zi之zhi旋xuan轉zhuan,振zhen動dong或huo價jia層ceng電dian子zi軌gui態tai,故gu被bei列lie為wei“非電離”輻射。
那麼哪裏會有電磁輻射呢?其實人體內外均布滿由天然和人造輻射源所發出的電能量和磁能量。
自然電磁輻射源:
(1) 雷電
(2) 太陽黑子活動
(3) 宇宙射線
(4) 太陽風暴等
人為電磁輻射源:
(1) 電腦、電視、音響、微波爐、電冰箱等家用電器;
(2) 手機、傳真機、通訊站等通訊設備;
(3) 高壓電線以及電動機、電機設備等;
(4) 飛機、電氣鐵路等;
(5) 廣播、電視發射台、手機發射基站、雷達係統等;
(6) 電力產業的機房、衛星地麵工作站、調度指揮中心等;
(7) 應用微波和X射線等的醫療設備等;
ziranjiedediancifusheyuan,hennanrenweideyingxiang,danshirichangdedianzichanpin,womenkeyitongguoyouhuasheji,yuchulidengbanfa,jiangdiancifushezhikongzhizaianquanfanweinei。
電子電氣設備的電磁輻射發射(RE)是產品“3C認證”測試項目的重要內容之一。RE測試頻率通常為30MHz~1GHz,在(zai)半(ban)電(dian)波(bo)暗(an)室(shi)中(zhong)進(jin)行(xing)。當(dang)設(she)備(bei)的(de)電(dian)磁(ci)輻(fu)射(she)發(fa)射(she)量(liang)超(chao)過(guo)相(xiang)關(guan)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)標(biao)準(zhun)規(gui)定(ding)的(de)限(xian)值(zhi)後(hou),如(ru)何(he)正(zheng)確(que)判(pan)斷(duan)超(chao)標(biao)的(de)原(yuan)因(yin)和(he)應(ying)當(dang)采(cai)取(qu)何(he)種(zhong)應(ying)對(dui)之(zhi)策(ce)是(shi)工(gong)程(cheng)師(shi)們(men)十(shi)分(fen)關(guan)注(zhu)的(de)問(wen)題(ti),那(na)麼(me)到(dao)底(di)要(yao)怎(zen)樣(yang)來(lai)判(pan)斷(duan)超(chao)標(biao)的(de)原(yuan)因(yin)呢(ne)?
首先,定位—沒有定位過程的優化就像無頭蒼蠅一樣到處亂撞,有時候即使問題搞定了,工程師們也不知道哪些優化措施是必須的,哪些是多餘的(帶來附加成本);
定位有兩種手段:一種是直覺判斷,需要完全依靠工程師積累的EMC經驗來判斷,另一種是比較測試,依靠測試儀器和EMC經驗的結合來對問題進行詳細的定位判斷。以下幾種RE超標定位流程小編得之不易,希望能夠輔助設計者更加準確的找到RE超標的源頭所在。




找到了原因,下一步就是確定應對之策。常用的措施:減小高頻信號頻率、減小高頻電流回路麵積、減小共阻抗藕合或感應藕合、選用低速、低輻射器件、選用屏蔽機箱、屏蔽電纜和I/O濾波器等。
設計優化:
1、方案結構設計:主要部件、集成電路的選型主要考慮減少輻射騷擾或提高射頻輻射抗幹擾能力,盡量選用本身發射小的芯片;所選器件不工作在非線性區,以免產生諧波分量成為幹擾源;考慮電源電路防外部騷擾包括浪湧、快速脈衝群、靜電、電壓跌落、電壓變化等;使數字信號波形產生過衝,應使無用的諧波振蕩幅度最小,使無用的高次諧波成分最少;集總參數電路增加阻尼、減小Q 值,防止振蕩。
2、PCB的設計:盡量減小所有的高速信號及時鍾信號線構成的環路麵積,連接線要盡可能短,並使信號線緊鄰地回路;使用小型化器件和多層線路板,多層印製板可緊縮布線空間;印製板層數選擇應考慮關鍵信號的屏蔽和隔離要求;印製板分層原理與布置印刷電路、布置排線的原理一樣,即元件麵下麵為地平麵,關鍵電源平麵與其對應的地平麵相鄰;布線設計考慮的順序為:電源和地/時鍾線/信號線,布線應該短、直、粗、均,不應有“之”字形,用圓角代替尖銳走線,盡可能加寬電源和地的布線,電源和地層的分割盡量符合微帶線和帶狀線要求;走線盡可能遠離騷擾源,布線考慮鐵氧體材料的使用,預留磁珠和貼片濾波器的位置,以備按需加減。
3、電與接地、高速信號線路及內部線纜的設計:芯片間使用低阻抗地連接(地平麵), 不同芯片供電腳間阻抗盡量小,芯片供電腳與地間接高頻旁路電容,供電布線預留磁珠和貼片濾波器的位置,以備按需加減;布線、I/O 排線的核心原則就是減小電流環麵積,布置排線的原理與印製板分層原理一樣; 關鍵電源線與其對應的地線相鄰,其餘的信號層特別是高速信號、時鍾信號線與地線相鄰,盡量避免兩信號線相鄰;為避免接地線長度過長,可采用多點就近接地,接地線高頻阻抗要小;減小電纜的天線效應及減小偶極子天線效應,跨線、I/O 排線采用屏蔽性能好的線纜;I/O 接口注意高速電路阻抗匹配,減小、消除反射。
4、屏蔽設計:屏蔽好的要求有三: 完整的電連續體;濾波措施;良好的接地。
5、輸入/ 輸出的濾波設計:傳導騷擾問題處理的方法主要是低通濾波,綜合運用抑製傳導發射和輻射發射的技術措施,如屏蔽、去藕和濾波;濾波電路與負載的阻抗失配越大,濾波器衰減電磁騷擾的效果越好;減共模和差模電容,加減共模和差模線圈,調整電容和線圈匝數,共模和差模插入損耗對頻率的曲線都可改變;電源濾波器安裝位置應靠近電源線入口處, 如能與接口一體化更好。
除chu了le以yi上shang設she計ji優you化hua之zhi外wai,元yuan器qi件jian的de選xuan擇ze也ye很hen重zhong要yao,電dian路lu的de基ji本ben元yuan件jian滿man足zu電dian磁ci特te性xing的de程cheng度du將jiang決jue定ding著zhe功gong能neng單dan元yuan和he最zui後hou的de設she備bei滿man足zu電dian磁ci兼jian容rong性xing的de程cheng度du。選xuan擇ze合he適shi的de電dian磁ci元yuan件jian的de主zhu要yao準zhun則ze包bao括kuo帶dai外wai特te性xing和he電dian路lu裝zhuang配pei技ji術shu。因yin為wei是shi否fou能neng夠gou實shi現xian電dian磁ci兼jian容rong性xing往wang往wang是shi由you遠yuan離li基ji頻pin的de元yuan件jian響xiang應ying特te性xing來lai決jue定ding的de。而er在zai許xu多duo情qing況kuang下xia,電dian路lu裝zhuang配pei又you決jue定ding著zhe帶dai外wai響xiang應ying(例如引線長度)和不同電路元件之間互相耦合的程度。具體規則是:
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