【EMC电磁兼容】02.02——详说EMC设计的三大出发点
时间:2022-10-04 23:00:00
详说EMC设计的三个出发点
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- 一、关于屏蔽
- 二、关于滤波
- 三、关于接地
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电磁兼容设计的三个主要方向:
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屏蔽
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滤波
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接地
应用于这些方向前提是具有确定的电磁环境,确定的电磁环境意味着产品具有确定的规格指标和电磁兼容性设计目标。事实上,产品EMC设计要真正做好涉及人员部技术较多,构成参考如下图所示,不仅需要电磁兼容工程师的参与, 但是整个团队协同合作的结果。
一、关于屏蔽
屏蔽是两个空间区域之间的金属隔墙,用于从一个区域控制电磁场传播去另一个区域。一个场的特征取决于场源(天线)、场源周围媒介以及场源与观测点之间的场源距离。
理想的屏蔽是无孔连续导电外壳,如法拉第笼。
关于法拉第笼,请参考作者的另一篇短文《慢谈电磁之初印象》中提到的静电等电位屏蔽。
用连续焊接、铜焊或锡焊接缝会产生屏蔽效果最好。铆钉与螺钉之间的间距应根据实际情况尽可能紧密。接触点之间的间距应将形成的接缝的最大尺寸限制在屏蔽等级所需的适当长度范围内。如果所需的螺钉间距太小,则必须考虑使用电磁干扰EMI衬垫。
EMI衬垫的主要功能是在缝隙的两个附件之间提供导电路径。EMI衬垫与外壳上适当的表面涂层组合将在附件之间提供良好的服务电连续性,使接触点的阻抗减少到最小并且增加机壳的屏蔽效果。重点就是EMI衬垫是在缝隙之间提供的低阻抗导电路径工作的,而不是仅仅填满由接缝引起的缝隙。
常见的EMI衬垫有:导电橡胶、金属指形簧片、丝网、螺旋丝带、导电泡沫、钢丝织物、导电粘合剂、填料、密封剂等。衬垫可用于各种截面设计、各种材料和表面涂层,包括锡、镍、铍铜合金、银、不锈钢等。注意不同金属之间的问题电化学兼容性】
二、关于滤波
- 平衡系统必须保持电阻与电抗平衡,平衡或CMRR共模抑制比越高,耦合到系统中的噪声越小;
- 平衡可与屏蔽一起使用,以减少额外的噪声;
- 当源阻抗低,负载阻抗高(反之亦然)时,单元滤波器不再有效,必须使用多元滤波器;
- 由于寄生效应,所有低通滤波器都成为高通滤波器,高于一定频率;
- 直流配电电路的特性阻抗越低,电路上的噪声耦合就越小。然后,大多数直流配电系统无法提供低阻抗,去耦电容应用于每个负载;
- 除非适当的补偿和(或)去耦,否则,当驱动一个电容负载时,一些放大器电路会振荡;
- 为了使噪声最小化,系统的带宽应不大于传输预期信号所需的带宽。
三、关于接地
- 若屏蔽层不接地(一点或多点接地),最好不要屏蔽,因为不接地的屏蔽可能会放大噪音;
- 大多数电缆屏蔽问题是由于屏蔽层端接不当造成的,低频时电缆屏蔽层只能在一端接地,高频时电缆屏蔽层应在两端接地。电缆的屏蔽应端接在设备外壳上,而不是电路的地面;
- 设计良好的接地系统通常能保护未知的干扰。接地对噪声和干扰控制很重要,当然也有很多误解,比如地面不一定等电位;
- 接地可分为两类:
- 安全接地
- 信号接地(信号返回:电源接地或信号接地)
在大多数情况下,安全接地不载流,这一特征很重要,在工作中只有载流(回流)的信号。
- 至于地面,需要知道地面往往不等电位,也可能是噪声和干扰的来源。电路系统不必与地面连接;
- 信号接地三个基本目的:
- 连续返回路径,电流总是返回源
- 尽可能小的电流环路返回
- 连接地面上可能的公共阻抗耦合
在设计地面时,重要的是问:如何流动接地电流?低频时,将选择接地电流最小电阻路径。高频时,选择接地电流最小电感如下图所示:
信号接地策略:
- 单点接地:适用于直流或20左右kHz的低频;
- 多点接地:适用于1000以上kHz高频数字电路;
- 混合接地:信号覆盖高于和低于1000kHz的宽频带。
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