劉宇
【摘要】隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展,電子設(shè)備在各行業(yè)中的應(yīng)用更加廣泛,其電磁干擾問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重,使電子設(shè)備的正常運(yùn)行受到了較大的影響,在這種情況下,電子設(shè)計(jì)人員更加重視對(duì)電子設(shè)備電磁兼容設(shè)計(jì),增強(qiáng)電子設(shè)備的抗干擾能力。本文電子設(shè)備電磁干擾的形式和傳遞途徑進(jìn)行了分析,并進(jìn)一步對(duì)電子設(shè)備的電磁兼容設(shè)計(jì)進(jìn)行了具體闡述。
【關(guān)鍵詞】電子設(shè)備;電磁干擾;電磁兼容設(shè)計(jì)
近年來(lái),經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展速度較快,而電子技術(shù)在社會(huì)快速發(fā)展下也得以不斷的進(jìn)步,電子設(shè)備在生產(chǎn)生活中得到廣泛的應(yīng)用,由于電子設(shè)備是由較多的電子器件組成的,所以在其周?chē)豢杀苊獾某霈F(xiàn)電磁場(chǎng)增加的情況,在電磁環(huán)境下工作的電子設(shè)備,不可避免的會(huì)受到電磁的干擾,所以需要加強(qiáng)對(duì)電子設(shè)備的兼容設(shè)計(jì)水平,從而提升其在電磁環(huán)境下工作效率的提高。通過(guò)電子設(shè)備電磁兼容的設(shè)計(jì),可以有效的對(duì)電磁干擾進(jìn)行控制和消除,使電子設(shè)備與其他設(shè)備聯(lián)系在一起工作時(shí),能夠有效的保證工作性能,使其在運(yùn)行過(guò)程盡可能的減少電磁干擾所帶來(lái)的影響。
1.電磁干擾的形式
在電子設(shè)備設(shè)計(jì)是,其電磁兼容性設(shè)計(jì)主要內(nèi)容就是避免由于各種形式的電磁干擾所給電子設(shè)備運(yùn)行的帶來(lái)的影響,電磁干擾作為有害的電磁變化現(xiàn)象,其對(duì)電子設(shè)備的工作性能不可避免的會(huì)帶來(lái)一定的影響,導(dǎo)致電子設(shè)備中某些元件受到不同程度的損害,使電子設(shè)備無(wú)法正常工作。在電磁干擾的形式中有來(lái)自于內(nèi)部的干擾和外部干擾兩部分:
1.1 內(nèi)部干擾
電子設(shè)備由若干個(gè)電子元器件組成,這些元器件之間在工作時(shí)會(huì)有電容和漏電干擾、信號(hào)干擾及某些元器件在運(yùn)行時(shí)內(nèi)部發(fā)熱,使元器件的本身運(yùn)行的穩(wěn)定性受到干擾,而且對(duì)于一些大功率及高壓部件,其在運(yùn)行時(shí)會(huì)有磁場(chǎng)產(chǎn)生,從而使其他部件受到電磁的干擾。
1.2 外部干擾
電子設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中,除了受到來(lái)自于自身元器件及系統(tǒng)的干擾外,還會(huì)受到外部的干擾。如高電壓及電源、大功率設(shè)備、空間電磁波、工作環(huán)境、工業(yè)電網(wǎng)供電設(shè)備和電源變壓器等都會(huì)對(duì)電子設(shè)備的內(nèi)部元器件、系統(tǒng)及線路帶來(lái)不同程度的干擾,從而使電子設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性受到影響。
2.電子設(shè)備的電磁兼容設(shè)計(jì)
由于電磁干擾的存在,所以需要電子設(shè)計(jì)人員需要進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì),盡量降低電子設(shè)備在電磁環(huán)境下所受到的干擾,減少其外部和內(nèi)部因素產(chǎn)生的干擾源給電子設(shè)備運(yùn)行帶來(lái)的影響,確保電子設(shè)備能夠在特殊環(huán)境下穩(wěn)定的運(yùn)行。同時(shí)利用電磁兼容設(shè)計(jì)還可以有效的降低電子設(shè)備對(duì)其他設(shè)備的干擾,實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾因素的有效控制,避免電磁干擾的傳播,確保電子設(shè)備在電磁兼容設(shè)計(jì)下能夠免受電磁干擾。
2.1 印制電路板(PCB)的設(shè)計(jì)
印制電路板的設(shè)計(jì)是電子設(shè)備電磁兼容設(shè)計(jì)中最為基礎(chǔ)的一環(huán),PCB幾乎存在于每一種電子設(shè)備當(dāng)中,PCB除了可固定電子設(shè)備上的各種小零件外,其主要功能是提供電子設(shè)備各項(xiàng)零件的相互電氣連接。隨著電子設(shè)備復(fù)雜度的增加,PCB上的零件與線路也越來(lái)越密集。PCB設(shè)計(jì)的好壞對(duì)電路的干擾及抗干擾能力影響很大。因此,要使電子電路獲得最佳性能,除了元器件得選擇和電路設(shè)計(jì)之外,良好的元件布局和導(dǎo)線布設(shè)在電磁兼容性也是一個(gè)非常重要的因素。
2.1.1 PCB的布局
(1)要考慮PCB的尺寸
若PCB的尺寸設(shè)置過(guò)大,印制線過(guò)長(zhǎng),則會(huì)增加阻抗,抗噪聲性能下降,成本也會(huì)增加;但若PCB尺寸過(guò)小,散熱困難,而且容易導(dǎo)致相鄰傳輸線間的串?dāng)_。因此,在對(duì)尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)將PCB的抗噪聲能力與抗串?dāng)_能力也納入考慮范圍,以保證尺寸設(shè)計(jì)的合理性。
(2)在元件布局時(shí),應(yīng)將數(shù)字電路、模擬電路以及噪聲源分別放置,將高頻電路與低頻電路分開(kāi)。圍繞各功能電路的核心元件進(jìn)行布局,保證各元件沿同一方向整齊、緊湊排列,易受干擾的元器件不能相鄰布局,以防止信號(hào)間的耦合。
2.1.2 PCB的布線
PCB布線總原則為先布時(shí)鐘、敏感信號(hào)線,再布高速信號(hào)線,最后布一般的不重要的信號(hào)線。
(1)電源線、地線及印制導(dǎo)線在印制板上排列要恰當(dāng),盡量做到短而直,以減小信號(hào)線與回線之間所形成的環(huán)路面積。
(2)電源線、地線及印制導(dǎo)線對(duì)高頻信號(hào)應(yīng)保持低阻抗。在頻率很高的情況下,電源線、地線或印制板導(dǎo)線都會(huì)成為接受與發(fā)射干擾的小天線。降低這種干擾的方法除了加濾波電容外,更值得重視的是減小其高頻阻抗。
2.2 電磁兼容中的屏蔽設(shè)計(jì)
電磁屏蔽是利用屏蔽體對(duì)電磁波的吸收、反射來(lái)達(dá)到減弱干擾能量的作用。它采用低電阻的導(dǎo)體材料,并利用電磁波在屏蔽導(dǎo)體表面產(chǎn)生反射以及在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生吸收和多次反射而達(dá)到屏蔽效果。為了優(yōu)化電子設(shè)備屏蔽設(shè)計(jì)的效果,需要使屏蔽組合體各成分間的電接觸,確保接觸電阻降到最低。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),屏蔽組合體的結(jié)構(gòu)可采用分蓋結(jié)構(gòu)、雙層門(mén)蓋及屏蔽盒側(cè)邊安裝梭形彈簧片等。另外,在屏蔽材料的選擇上,為了增加反射損耗和吸收損耗,應(yīng)挑選導(dǎo)磁率與導(dǎo)電率高的材料。此外,還應(yīng)強(qiáng)化電子設(shè)備機(jī)箱縫隙的屏蔽力,因?yàn)槠帘误w上的接縫會(huì)影響到屏蔽效果,在設(shè)計(jì)中可在機(jī)箱縫隙的接合處粘貼帶有背膠的鈹青銅簧片,由于簧片具有彈性,裝配以后會(huì)使簧片變形,接觸面會(huì)產(chǎn)生壓力,在機(jī)箱的縫隙接合處形成電氣連續(xù)性,可縮減機(jī)箱縫隙的長(zhǎng)度,增加屏蔽效果。
2.3 電磁兼容中的濾波設(shè)計(jì)
濾波設(shè)計(jì)的主要目的就是在導(dǎo)線傳播的過(guò)程中,對(duì)于其中的電磁干擾進(jìn)行抑制,從而保證電子設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中,針對(duì)高頻電路的干擾問(wèn)題,可以采用組合式的濾波措施,然后選擇有效的阻容與感容去耦網(wǎng)絡(luò)將電源與電路分離,來(lái)有效的防止電路中的干擾信號(hào)。此外,還可以通過(guò)將濾波單元與差模單元組合的方式,共同抑制共模與差模電流。其中,共模濾波單元、差模濾波單元、雙價(jià)lc低通濾波單元具有相同的效果。在電子設(shè)備運(yùn)行的過(guò)程中,等效串聯(lián)電阻、走線導(dǎo)都會(huì)對(duì)濾波電容有很大的影響,在高頻段,濾波電容與寄生電阻會(huì)產(chǎn)生零點(diǎn),可以有效的降低lc網(wǎng)絡(luò)對(duì)高頻段噪聲的衰退力。
2.4 電磁兼容中的接地設(shè)計(jì)
利用接地設(shè)計(jì)可以有效的實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備抗干擾的目標(biāo),這就需要在調(diào)劑地要利用多點(diǎn)和就近接地的方式進(jìn)行,這樣可以有效的減少接地點(diǎn)的電位差,減少干擾的產(chǎn)生,而且還要確保接地面與接地線之間的直流阻抗在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),使接地線的電氣連接更為科學(xué)和合理。同時(shí)為了更好的提高接地的效果,則需要對(duì)接地面進(jìn)行抗氧化、抗腐蝕處理。
3.結(jié)束語(yǔ)
隨著電子設(shè)備開(kāi)始向大型化和規(guī)模化的方向發(fā)展,電子設(shè)備的應(yīng)用已越來(lái)越普遍,在這種情況下,電子設(shè)備受到電磁干擾的問(wèn)題不斷突顯出來(lái),所以不斷對(duì)電磁兼容設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化,確保其有優(yōu)化的方法不斷完善,從而使電子設(shè)備能夠正常穩(wěn)定的運(yùn)行。
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