常見電磁兼容(EMC)問題及解決辦法

2020-12-04 電子產品世界

  通訊類電子產品不光包括以上三項:RE,CE,ESD,還有Surge--浪湧(雷擊,打雷)醫療器械最容易出現的問題是:ESD--靜電,EFT--瞬態脈衝抗幹擾,CS--傳導抗幹擾,RS--輻射抗幹擾。針對於北方乾燥地區,產品的ESD--靜電要求要很高。針對於像四川和一些西南多雷地區,EFT防雷要求要很高。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201710/366224.htm

  如何提高電子產品的抗幹擾能力和電磁兼容性:

  1、 下面的一些系統要特別注意抗電磁幹擾:

  (1) 微控制器時鐘頻率特別高,總線周期特別快的系統。

  (2) 系統含有大功率,大電流驅動電路,如產生火花的繼電器,大電流開關等。

  (3) 含微弱模擬信號電路以及高精度A/D變換電路的系統。

  2、 為增加系統的抗電磁幹擾能力採取如下措施:

  (1) 選用頻率低的微控制器:

  選用外時鐘頻率低的微控制器可以有效降低噪聲和提高系統的抗幹擾能力。同樣頻率的方波和正弦波,方波中的高頻成份比正弦波多得多。雖然方波的高頻成份的波的幅度,比基波小,但頻率越高越容易發射出成為噪聲源,微控制器產生的最有影響的高頻噪聲大約是時鐘頻率的3倍。

  (2) 減小信號傳輸中的畸變微控制器主要採用高速CMOS技術製造。信號輸入端靜態輸入電流在1mA左右,輸入電容10PF左右,輸入阻抗相當高,高速CMOS 電路的輸出端都有相當的帶載能力,即相當大的輸出值,將一個門的輸出端通過一段很長線引到輸入阻抗相當高的輸入端,反射問題就很嚴重,它會引起信號畸變,增加系統噪聲。當Tpd>Tr時,就成了一個傳輸線問題,必須考慮信號反射,阻抗匹配等問題。

  信號在印製板上的延遲時間與引線的特性阻抗有關,即與印製線路板材料的介電常數有關。可以粗略地認為,信號在印製板引線的傳輸速度,約為光速的1/3到1/2之間。微控制器構成的系統中常用邏輯電話元件的Tr(標準延遲時間)為3到18ns之間。

  在印製線路板上,信號通過一個7W的電阻和一段25cm長的引線,線上延遲時間大致在4~20ns之間。也就是說,信號在印刷線路上的引線越短越好,最長不宜超過25cm。而且過孔數目也應儘量少,最好不多於2個。

  當信號的上升時間快於信號延遲時間,就要按照快電子學處理。此時要考慮傳輸線的阻抗匹配,對於一塊印刷線路板上的集成塊之間的信號傳輸,要避免出現Td>Trd的情況,印刷線路板越大系統的速度就越不能太快。

  用以下結論歸納印刷線路板設計的一個規則:

  信號在印刷板上傳輸,其延遲時間不應大於所用器件的標稱延遲時間。

  (3) 減小信號線間的交叉幹擾:

  A點一個上升時間為Tr的階躍信號通過引線AB傳向B端。信號在AB線上的延遲時間是Td。在D點,由於A點信號的向前傳輸,到達B點後的信號反射和AB線的延遲,Td時間以後會感應出一個寬度為Tr的頁脈衝信號。在C點,由於AB上信號的傳輸與反射,會感應出一個寬度為信號在 AB線上的延遲時間的兩倍,即2Td的正脈衝信號。這就是信號間的交叉幹擾。幹擾信號的強度與C點信號的di/at有關,與線間距離有關。當兩信號線不是很長時,AB上看到的實際是兩個脈衝的迭加。CMOS工藝製造的微控制由輸入阻抗高,噪聲高,噪聲容限也很高,數字電路是迭加100~200mv噪聲並不影響其工作。

  若圖中AB線是一模擬信號,這種幹擾就變為不能容忍。如印刷線路板為四層板,其中有一層是大面積的地,或雙面板,信號線的反面是大面積的地時,這種信號間的交叉幹擾就會變小。原因是,大面積的地減小了信號線的特性阻抗,信號在D端的反射大為減小。特性阻抗與信號線到地間的介質的介電常數的平方成反比,與介質厚度的自然對數成正比。若AB線為一模擬信號,要避免數字電路信號線CD對AB的幹擾,AB線下方要有大面積的地,AB線到 CD線的距離要大於AB線與地距離的2~3倍。可用局部屏蔽地,在有引結的一面引線左右兩側布以地線。

  (4) 減小來自電源的噪聲

  電源在向系統提供能源的同時,也將其噪聲加到所供電的電源上。電路中微控制器的復位線,中斷線,以及其它一些控制線最容易受外界噪聲的幹擾。電網上的強幹擾通過電源進入電路,即使電池供電的系統,電池本身也有高頻噪聲。模擬電路中的模擬信號更經受不住來自電源的幹擾。

  (5) 注意印刷線板與元器件的高頻特性在高頻情況下,印刷線路板上的引線,過孔,電阻、電容、接插件的分布電感與電容等不可忽略。電容的分布電感不可忽略,電感的分布電容不可忽略。電阻產生對高頻信號的反射,引線的分布電容會起作用,當長度大於噪聲頻率相應波長的1/20時,就產生天線效應,噪聲通過引線向外發射。印刷線路板的過孔大約引起0.6pf的電容。

  一個集成電路本身的封裝材料引入2~6pf電容。

  一個線路板上的接插件,有520nH的分布電感。一個雙列直扦的24引腳集成電路扦座,引入4~18nH的分布電感。

  這些小的分布參數對於這行較低頻率下的微控制器系統中是可以忽略不計的;而對於高速系統必須予以特別注意。

  (6) 元件布置要合理分區

  元件在印刷線路板上排列的位置要充分考慮抗電磁幹擾問題,原則之一是各部件之間的引線要儘量短。在布局上,要把模擬信號部分,高速數字電路部分,噪聲源部分(如繼電器,大電流開關等)這三部分合理地分開,使相互間的信號耦合為最小。

  (7) 處理好接地線

  印刷電路板上,電源線和地線最重要。克服電磁幹擾,最主要的手段就是接地。

  對於雙面板,地線布置特別講究,通過採用單點接地法,電源和地是從電源的兩端接到印刷線路板上來的,電源一個接點,地一個接點。印刷線路板上,要有多個返回地線,這些都會聚到回電源的那個接點上,就是所謂單點接地。所謂模擬地、數字地、大功率器件地開分,是指布線分開,而最後都匯集到這個接地點上來。與印刷線路板以外的信號相連時,通常採用屏蔽電纜。對於高頻和數位訊號,屏蔽電纜兩端都接地。低頻模擬信號用的屏蔽電纜,一端接地為好。

  對噪聲和幹擾非常敏感的電路或高頻噪聲特別嚴重的電路應該用金屬罩屏蔽起來。

  (8) 用好去耦電容。

  好的高頻去耦電容可以去除高到1GHZ的高頻成份。陶瓷片電容或多層陶瓷電容的高頻特性較好。設計印刷線路板時,每個集成電路的電源,地之間都要加一個去耦電容。去耦電容有兩個作用:一方面是本集成電路的蓄能電容,提供和吸收該集成電路開門關門瞬間的充放電能;另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。數字電路中典型的去耦電容為0.1uf的去耦電容有5nH分布電感,它的並行共振頻率大約在7MHz左右,也就是說對於10MHz以下的噪聲有較好的去耦作用,對40MHz以上的噪聲幾乎不起作用。

  1uf,10uf電容,並行共振頻率在20MHz以上,去除高頻率噪聲的效果要好一些。在電源進入印刷板的地方和一個1uf或10uf的去高頻電容往往是有利的,即使是用電池供電的系統也需要這種電容。

  每10片左右的集成電路要加一片充放電電容,或稱為蓄放電容,電容大小可選10uf。最好不用電解電容,電解電容是兩層溥膜捲起來的,這種捲起來的結構在高頻時表現為電感,最好使用膽電容或聚碳酸醞電容。去耦電容值的選取並不嚴格,可按C=1/f計算;即10MHz取0.1uf,對微控制器構成的系統,取0.1~0.01uf之間都可以。

  3、 降低噪聲與電磁幹擾的一些經驗。

  (1) 能用低速晶片就不用高速的,高速晶片用在關鍵地方。

  (2) 可用串一個電阻的辦法,降低控制電路上下沿跳變速率。

  (3) 儘量為繼電器等提供某種形式的阻尼。

  (4) 使用滿足系統要求的最低頻率時鐘。

  (5) 時鐘產生器儘量靠近到用該時鐘的器件。石英晶體振蕩器外殼要接地。

  (6) 用地線將時鐘區圈起來,時鐘線儘量短。

  (7) I/O驅動電路儘量靠近印刷板邊,讓其儘快離開印刷板。對進入印製板的信號要加濾波,從高噪聲區來的信號也要加濾波,同時用串終端電阻的辦法,減小信號反射。

  (8) MCD無用端要接高,或接地,或定義成輸出端,集成電路上該接電源地的端都要接,不要懸空。

  (9) 閒置不用的門電路輸入端不要懸空,閒置不用的運放正輸入端接地,負輸入端接輸出端。

  (10) 印製板儘量使用45折線而不用90折線布線以減小高頻信號對外的發射與耦合。

  (11) 印製板按頻率和電流開關特性分區,噪聲元件與非噪聲元件要距離再遠一些。

  (12) 單面板和雙面板用單點接電源和單點接地、電源線、地線儘量粗,經濟是能承受的話用多層板以減小電源,地的容生電感。

  (13) 時鐘、總線、片選信號要遠離I/O線和接插件。

  (14) 模擬電壓輸入線、參考電壓端要儘量遠離數字電路信號線,特別是時鐘。

  (15) 對A/D類器件,數字部分與模擬部分寧可統一下也不要交叉。

  (16) 時鐘線垂直於I/O線比平行I/O線幹擾小,時鐘元件引腳遠離I/O電纜。

  (17) 元件引腳儘量短,去耦電容引腳儘量短。

  (18) 關鍵的線要儘量粗,並在兩邊加上保護地。高速線要短要直。

  (19) 對噪聲敏感的線不要與大電流,高速開關線平行。

  (20) 石英晶體下面以及對噪聲敏感的器件下面不要走線。

  (21) 弱信號電路,低頻電路周圍不要形成電流環路。

  (22) 任何信號都不要形成環路,如不可避免,讓環路區儘量小。

  (23) 每個集成電路一個去耦電容。每個電解電容邊上都要加一個小的高頻旁路電容。

  (24) 用大容量的鉭電容或聚酷電容而不用電解電容作電路充放電儲能電容。使用管狀電容時,外殼要接地。

相關焦點

  • 淺析高頻開關電源的電磁兼容(EMC)問題的解決辦法
    淺析高頻開關電源的電磁兼容(EMC)問題的解決辦法 胡薇 發表於 2018-09-26 15:31:43 隨著高頻開關電源技術的不斷完善和日趨成熟,其在鐵路信號供電系統中的應用也在迅速增加
  • 馬達電磁兼容(EMC)的解決方法
    電器要滿足電磁兼容標準的要求,必須對這些噪聲進行處理。解決電磁兼容的手段無非是電容、電感(扼流圈)、電源濾波器和接地。不幸的是,電磁兼容問題通常是在產品已徹底完成設計並組裝完畢時發現。這時考慮 電磁兼容是十分困難的。
  • 手機電磁兼容測試常見問題及解決方法
    隨著無線通信技術的發展,各種無線通信產品隨之應用到各種領域中,造成電磁環境的複雜化。要確保手機在此環境中能夠正常工作且不會影響其它設備,需要對其進行電磁兼容性測試,來保證手機的電磁兼容性能。本文針對手機電磁兼容測試中經常出現的問題,包括靜電放電抗擾度試驗、電快速瞬變脈衝群抗擾度試驗、輻射騷擾及傳導騷擾性能測試中經常發現的問題進行了分析,並提出了相應的改善手機電磁兼容性能的建議。
  • PCB電磁兼容問題處理辦法
    隨著電子技術的普及和集成電路技術的發展,各種電磁幹擾問題紛紛出現,由於電磁幹擾造成的經濟損失也在增加。因此,電磁兼容越來越重要。本文旨在分析PCB中出現電磁幹擾的原因,並對探討其規避辦法。另一種電磁幹擾來自PCB的外部,它又分為輻射幹擾和敏 感元兩種問題。輻射主要來於時鐘和其他周期信號的諧波源,還有一些電子設備或者儀器中由於有電壓和電源的跳變,產生二次諧波。規避PCB電磁幹擾,主要從以下幾點著手:1、合理設計原理圖在設計一個電路板時,首先要進行的是原理圖的設計。
  • 高頻開關電源的EMC電磁兼容整改問題分析
    高頻開關電源自身存在的電磁騷擾(EMI)問題如果處理不好,不僅容易對電網造成汙染,直接影響其他用電設備的正常工作,而且傳入空間也易形成電磁汙染,由此產生了高頻開關電源的電磁兼容(EMC)問題。文章重點對鐵路信號電源屏使用的1200W(24V/50A)高頻開關電源模塊所存在的電磁騷擾超標問題進行分析,並提出改進措施。
  • 送檢新能源汽車如何一次性通過電磁兼容(EMC)測試?
    四、汽車電磁兼容(ElectromagneticCompatibility問題的表象  汽車電磁幹擾看不見摸不著,難以察覺,出現問題後很難查找。但是常見現象有:  ⑴車輛每次行駛到某路段附近時,自動熄火,但拖離該路段後卻「莫名其妙」又能正常行駛;  ⑵有時ABS也「莫名其妙」地自動產生動作;  ⑶客車乘客門無故障卻自動打開。
  • EMC工程師常見的兼容性問題、具體解決方法
    EMC工程師常見的兼容性問題、具體解決方法 FPGA設計論壇 發表於 2020-11-11 09:52:13 學習接觸一門新的技術,總會遇到各種各樣的問題,學習EMC
  • EMC電磁兼容測試實驗室的分類
    打開APP EMC電磁兼容測試實驗室的分類 工程師2 發表於 2018-05-05 09:39:00 只有在產品的EMC設計和研製的全過程中,進行EMC的相容性預測和評估,才能及早發現可能存在的電磁幹擾,並採取必要的抑制和防護措施,從而確保系統的電磁兼容性。否則,當產品定型或系統建成後再發現不兼容的問題,則需在人力、物力上花很大的代價去修改設計或採用補救的措施。然而,往往難以徹底的解決問題,而給系統的使用帶來許多麻煩。 EMC測試包括測試方法、測量儀器和試驗場所。
  • EMC電磁兼容問答
    本文只做參考作用,希望給你們在電磁兼容設計和整改中提供一點點幫助變壓器設計傳導餘量不足,屏蔽繞組斷線,圈數NG,繞線NG(密或疏,靠PIN或者頂部),反饋繞組密繞或者疏繞不合格,次級張力一致性差本問答是深圳市華瑞高電子技術有限公司收集整理歸版權電磁兼容群所有,若發現有專業技術問題
  • emc是什麼
    EMC包括兩個方面的要求:一方面是指設備在正常運行過程中對所在環境產生的電磁幹擾不能超過一定的限值;另一方面是指器具對所在環境中存在的電磁幹擾具有一定程度的抗擾度。  要使產品具有良好的電磁兼容性,需要專門考慮與電磁兼容相關的設計內容。電磁兼容設計一般包含以下幾個方面的內容。
  • 電磁兼容(EMC)元器件的正確選型和應用技巧
    我們通過一些圖片,直觀的系統的回顧電磁兼容的含義、電磁幹擾的三要素以及抑制電磁幹擾的原理。本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/178183.htm  電磁兼容的定義  電磁幹擾的三要素  抑制電磁幹擾的原理  EMC主要解決方法 預防比屏蔽更加有效  電磁兼容性元器件是解決電磁幹擾發射和電磁敏感度問題的關鍵,正確
  • 十個EMC工程師常見的兼容性問題、具體解決方法
    打開APP 十個EMC工程師常見的兼容性問題、具體解決方法 麵包板社區 發表於 2020-11-18 09:45:38 EMC(電磁兼容)包括EMS(電磁敏感度)和EMI(電磁幹擾)兩部分,通常我們所說的解決EMC問題,其實就是解決電子設備對外輻射幹擾,或者如何防止設備、電子元件被外界電磁波幹擾的問題。學習EMC要重視基礎知識,像電磁波、電磁場等入門理論,有迫切學會的願望,在實踐中與別人多人交流,幾個人的學習交流效果要遠比一個人學習問題效果要好得多。
  • 汽車電子產品EMC標準與常見解決方法
    隨著汽車電控技術的不斷發展,汽車電子設備數量大大增加,電路工作頻率逐漸提高,功率逐漸增大,使得汽車工作環境中充斥著電磁波,導致電磁幹擾問題日益突出,輕則影響電子設備的正常工作,重則損壞相應的電器元件。
  • 嚴重影響海軍戰鬥力,從天線談艦船電磁兼容,看我國如何解決
    軍艦上大量的天線所產生的最大的問題就是電磁兼容問題,因艦船電磁兼容問題解決得不好而發生悲劇的事例較多,1982年馬島戰爭期間,英國海軍「謝菲爾德」號驅逐艦因雷達天線與通信天線之間存在同頻幹擾的問題,故此在實施通信時短暫關閉了警戒雷達,而正是因為這個舉動導致了該艦被阿根廷的「飛魚」反艦飛彈重創並最後沉沒,教訓可謂沉重。
  • 電磁兼容技術及應用
    電磁兼容的中心議題:本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/196245.htm電磁兼容技術簡述電磁兼容實例應用分析電磁兼容的解決方案常見幹擾源有雷電、無線通訊、脈衝電路、靜電、感性負載通斷、天線、電纜導線等。任何電路都可能成為敏感源,數字電路抗幹擾性較好,但是風險大,大的脈衝尖峰可能是數字電路誤動作,音頻模擬電路對射頻信號敏感。耦合路徑分為空間耦合和傳導性耦合,空間耦合包括互感耦合、電容耦合、天線輻射,傳導性耦合包括地線和電源線上的傳導。電磁兼容設計主要包括接地設計、屏蔽設計、濾波設計方面的知識。
  • 電磁兼容測量及電磁幹擾三要素
    這個定義的前一半體現的是設備的電磁幹擾(EMI) 特性,即不對其他設備產生電磁幹擾,不對環境構成電磁汙染;後一半體現的是設備的電磁敏感(EMS) 特性, 即不受其他設備的電磁幹擾,不對電磁環境產生敏感反應。 符合電磁兼容的不同電子設備可以在一起正常工作,它們是相互兼容的, 否則就是不兼容的。
  • 計算電磁學在電磁兼容仿真中的應用
    摘要:由於航空飛行器上用電設備電磁兼容問題頻發及其複雜性,用電設備的電磁兼容設計就顯得尤為重要。為此,提出了利用計算電磁學理論對用電設備的電磁兼容性進行分析,針對系統中不同電磁兼容問題以及不同數值計算方法的自身特點,選擇適用的數值方法對問題進行仿真計算。最終實現在產品的設計初期,就能夠對其電磁兼容性進行預測和評估,滿足其電磁兼容性的要求。
  • EMC電磁兼容整改六步法
    電磁兼容性(EMC - Electro Magnetic Compatibility)是指設備或系統在其電磁環境中符合要求運行,並不對其環境中的任何設備產生無法忍受的電磁幹擾的能力。
  • 老張談電機:NO.21電機EMC電磁兼容——專業術語大全
    相信大家也在面對電機振動與噪音的問題上,不會那麼迷茫。但是,電機作為電子元配件來說,單個電機是沒有意義的。然而,一旦應用到了具體的產品層面,EMC電磁兼容問題則是一個永遠繞不過去的坎。那麼,接下來的幾篇文章,老張會針對電機的EMC電磁兼容的問題,做一個簡單的探討。
  • 勠力前行,TUV南德華南區電磁兼容EMC測試實驗室升級
    深圳2019年12月9日 /美通社/ -- TUV南德意志集團(以下簡稱「TUV南德」)於深圳分公司舉辦揭幕儀式,宣布電磁兼容EMC測試實驗室經擴建升級後正式投入運營。TUV南德北亞區執行長 Dirk von Wahl先生為實驗室揭幕 TUV南德大中華集團電子電氣部副總裁陳灝漩在揭幕儀式上表示: 「隨著電子技術逐步向高頻、高速、高精度、高可靠性、高靈敏度、高密度(小型化、大規模集成化)、大功率、小信號運用、複雜化等多元化方向發展,電磁兼容問題日益凸顯。