從電路保護的角度來看，每一個完整的電子電路系統(tǒng)都必須要將電磁兼容設計考慮在內(nèi)，至于為什么，在本文中將會詳細的為大家介紹?？赡軙腥藛?，明明標題寫的是EMC設計的核心是解決問題，那應該本文的重點是在EMC設計是如何解決問題的，又是解決的什么問題。電子工程師都知道，所有的電子/電力設備都面臨電磁干擾的問題，如何解決呢？回歸到本文的重點，就是要做好電子電路系統(tǒng)的EMC設計，但是在這之前我們先要清楚什么是電路設計，什么是電磁兼容設計。

電路設計，是指按照一定規(guī)則，使用特定方法設計出符合使用要求的電路系統(tǒng)。設計一個電子電路系統(tǒng)時，首先必須明確系統(tǒng)的設計任務，根據(jù)任務進行方案選擇，然后對方案中的各個部分進行單元的設計，參數(shù)計算和器件選擇，最后將各個部分連接在一起，畫出一個符合設計要求的完整的系統(tǒng)電路圖。

電磁兼容設計是指要使產(chǎn)品具有良好的電磁兼容性，需要專門考慮與電磁兼容相關(guān)的設計內(nèi)容。EMC 包括EMI(interference)和EMS(susceptibility),也就是電磁干擾和電磁抗干擾。電磁兼容設計一般包含以下幾個方面的內(nèi)容：地線設計、線路板設計、濾波設計、屏蔽與搭接設計。

電磁干擾與電子產(chǎn)品的抗干擾能力, 既是一對難解難分的冤家對頭, 又是相互關(guān)連的矛盾統(tǒng)一體。一方面, 電子產(chǎn)品的日益普及使電磁干擾日益嚴重; 另一方面, 電磁干擾又對電子產(chǎn)品的設計提出了更高要求。其核心問題是如何確保電子產(chǎn)品( 含電子儀器設備、家用電器) 在復雜的電磁環(huán)境中能夠正常工作并達到設計指標。

“電磁兼容性是電子設備的一種功能, 電子設備在電磁環(huán)境中能完成其功能, 而不產(chǎn)生不能容忍的干擾”。這里講的電磁環(huán)境是指存在于給定場所的所有電磁現(xiàn)象的總和。這表明電磁兼容性具有兩層含義: 第一, 電子產(chǎn)品應具有抑制外部電磁干擾的能力; 第二, 該電子產(chǎn)品所產(chǎn)生的電磁干擾應低于限度, 不得影響同一電磁環(huán)境中其他電子設備的正常工作。顯然,電磁兼容性要比單純講的抗干擾能力的意義更深遠。

電磁兼容性的設計是一項復雜的系統(tǒng)工程。首先應掌握有關(guān)標準及規(guī)范, 然后根據(jù)實際電磁環(huán)境提出具體要求, 進而制定技術(shù)和工藝  上的實施方案。在設計電子儀器設備時, 應重點

考慮電路設計、印制板設計、隔離、退耦、濾波、接地、屏蔽等問題。舉例說明, 設計電路時宜選噪聲容限高、抗干擾能力強的 CMOS 電路來代替 T TL 電路, 用無觸點的固態(tài)繼電器( SSR) 取代電磁繼電器。增加消噪電路, 防止產(chǎn)生自激振蕩。對于從電源線引入或輻射出去的電磁干擾,應在電源進線端加裝電源噪聲濾波器( PNF) 。對機內(nèi)干擾可視情況選用低通、高通、帶通濾波器或有源濾波器。利用光電耦合器實現(xiàn)信號隔離及阻抗變換。在構(gòu)成測控系統(tǒng)時可選電磁兼容性良好的 VXI 總線儀器系統(tǒng)。選擇合適的接地方式和接地點, 以減小電磁干擾。

利用屏蔽能有效防止機外干擾, 并限制機內(nèi)電磁場的泄漏。常見的屏蔽有三種: 電磁屏蔽, 靜電屏蔽, 磁屏蔽。其中, 電磁屏蔽用于阻止高頻電磁能量在空間的傳輸, 一般選對電磁波有明顯衰減作用、導電性能良好的金屬材料制成屏蔽層、屏蔽罩或屏蔽體。為加強屏蔽效果,精密電子儀器( 例如電荷放大器) 可設計成雙層屏蔽甚至三層屏蔽。磁屏蔽用于減小因外部磁場變化而產(chǎn)生的感生電動勢及感生電流。低頻磁屏蔽可選導磁良好的鐵磁性物質(zhì)制成。射頻磁屏蔽則由金屬導體制成, 利用渦流來抑制外磁場的影響。

為使電子產(chǎn)品的電磁兼容性達標, 印制板的設計也至關(guān)重要。以數(shù)字儀表為例, 所用數(shù)字 IC 的各輸入端一律不得懸空, 不用的輸入端也應接合適的固定電平?？刂贫艘思悠秒娮?span>( 上拉或下拉電阻) , 避免無控制信號時引入外界干擾。單片機閑置的 I/ O 端應定義成輸出狀態(tài)。印制板上布線要合理, 盡量短捷, 減少信號間的交叉干擾。印制導線需拐彎時, 盡量采用 45°折線或圓角線, 不要用 90°折線。時鐘振蕩器應緊靠使用時鐘信號的電路。模擬電路與數(shù)字電路的引線不要交叉。功率器件應布置在印制板一側(cè)并靠近邊上。有些專用集成電路還專門設計有保護環(huán), 例如 ICL 7650型斬波自穩(wěn)零式精密運算放大器、HI7159A 型單片 5濎位 A/ D 轉(zhuǎn)換器, 使用時應將保護環(huán)接上地電位, 起到屏蔽作用,消除被保護端的漏電流影響。對于較復雜的智能儀器或測試系統(tǒng), 應在每組集成電路的電源線與公共地之間, 分別接入一只退耦電容, 一般取 0. 01～0. 1 F, 對于 10 MHz 以上的高頻電路, 還應適當減小容量。電源與地線應盡量粗一些,以減小導線阻抗, 必要時可設計成地線區(qū)域。例如, 雙面板上一條長 10 cm、寬 1 mm 的地線, 在7 M Hz 下的阻抗約為0. 3 , 當?shù)鼐€電流達 1 A 時即可形成 0. 3 V 的干擾電壓; 若采用大面積區(qū)域作地線, 則干擾電壓可降至毫伏級。在設計大功率單片開關(guān)電源時, 必須把信號地與功率地線分開布置, 最后在輸出端匯合。這是因為功率地線上有大電流通過, 它在印制導線上形成的電壓如被引入信號端,勢必會影響穩(wěn)壓性能。

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