電子線路的電磁兼容性設計

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯電子線路的電磁兼容性設計 電子線路設計者往往只考慮產(chǎn)品的功能，而沒有將功能和電磁兼容性（即EMC，是指設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運行并不對其環(huán)境中的任何設備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的力量）綜合考慮，因此產(chǎn)品在完成其功能的同時，也產(chǎn)生了大量的功能性騷擾及其它騷擾。而且，不能滿意敏感度要求。電子線路的電磁兼容性設計應從幾方面考慮，在此我們主要討論元器件的選擇。 1、共模電感 由于EMC所面臨的問題大多是共模干擾，因此共模電感也是我們常用的有力元件之一。這里就給大家簡潔介紹一下共模電感的原理以及使用狀況。 共模電感是一個以鐵氧體為磁芯的共模干擾抑制器件，它由兩

2、個尺寸相同，匝數(shù)相同的線圈對稱地繞制在同一個鐵氧體環(huán)形磁芯上，形成一個四端器件，它對于共模信號呈現(xiàn)出大電感具有抑制作用，而對于差模信號呈現(xiàn)出很小的漏電感幾乎不起作用。原理是流過共模電流時磁環(huán)中的磁通相互疊加，從而具有相當大的電感量，對共模電流起到抑制作用；而當兩線圈流過差模電流時，磁環(huán)中的磁通相互抵消，幾乎沒有電感量，所以差模電流可以無衰減地通過。因此共模電感在平衡線路中能有效地抑制共模干擾信號，而對線路正常傳輸?shù)牟钅Ｐ盘枱o影響。 共模電感在制作時應滿意以下要求： （1）繞制在線圈磁芯上的導線要相互絕緣，以保證在瞬時過電壓作用下線圈的匝間不發(fā)生擊穿短路； （2）當線圈流過瞬時大電流時，磁芯不要

3、消失飽和； （3）線圈中的磁芯應與線圈絕緣，以防止在瞬時過電壓作用下兩者之間發(fā)生擊穿； （4）線圈應盡可能繞制單層，這樣做可減小線圈的寄生電容，增加線圈對瞬時過電壓的承受力量。 通常狀況下，同時留意選擇所需濾波的頻段，共模阻抗越大越好，因此我們在選擇共模電感時需要看器件資料，主要依據(jù)阻抗頻率曲線選擇。另外選擇時留意考慮差模阻抗對信號的影響，主要關(guān)注差模阻抗，特殊留意高速端口。 2、磁珠 在產(chǎn)品數(shù)字電路EMC設計過程中，我們經(jīng)常會使用到磁珠，那么磁珠濾波的原理以及如何使用呢？ 鐵氧體材料是鐵鎂合金或鐵鎳合金，這種材料具有很高的導磁率，它可以使電感的線圈繞組之間在高頻高阻的狀況下產(chǎn)生的電容最小。

4、鐵氧體材料通常在高頻狀況下應用，由于在低頻時他們主要呈電感特性，使得線上的損耗很小。在高頻狀況下，它們主要呈電抗特性，并且隨頻率轉(zhuǎn)變。實際應用中，鐵氧體材料是作為射頻電路的高頻衰減器使用的。實際上，鐵氧體較好的等效于電阻以及電感的并聯(lián)，低頻下電阻被電感短路，高頻下電感阻抗變得相當高，以至于電流全部通過電阻。鐵氧體是一個消耗裝置，高頻能量在上面轉(zhuǎn)化為熱能，這是由它的電阻特性打算的。 鐵氧體磁珠與一般的電感相比具有更好的高頻濾波特性。鐵氧體在高頻時呈現(xiàn)電阻性，相當于品質(zhì)因數(shù)很低的電感器，所以能在相當寬的頻率范圍內(nèi)保持較高的阻抗，從而提高高頻濾波效能。在低頻段，阻抗由電感的感抗構(gòu)成，低頻時R很小，磁

5、芯的磁導率較高，因此電感量較大，L起主要作用，電磁干擾被反射而受到抑制；并且這時磁芯的損耗較小，整個器件是一個低損耗、高Q特性的電感，這種電感簡單造成諧振，因此在低頻段，有時可能消失使用鐵氧體磁珠后干擾增加的現(xiàn)象。在高頻段，阻抗由電阻成分構(gòu)成，隨著頻率上升，磁芯的磁導率降低，導致電感的電感量減小，感抗成分減小。但是，這時磁芯的損耗增加，電阻成分增加，導致總的阻抗增加，當高頻信號通過鐵氧體時，電磁干擾被汲取并轉(zhuǎn)換成熱能的形式耗散掉。 鐵氧體抑制元件廣泛應用于印制電路板、電源線和數(shù)據(jù)線上。如在印制板的電源線入口端加上鐵氧體抑制元件，就可以濾除高頻干擾。鐵氧體磁環(huán)或磁珠專用于抑制信號線、電源線上的高

6、頻干擾和尖峰干擾，它也具有汲取靜電放電脈沖干擾的力量。 使用片式磁珠還是片式電感主要還在于實際應用場合。在諧振電路中需要使用片式電感。而需要消退不需要的EMI噪聲時，使用片式磁珠是最佳的選擇。片式磁珠和片式電感的應用場合：片式電感：射頻（RF）和無線通訊，信息技術(shù)設備，雷達檢波器，汽車電子，蜂窩電話，尋呼機，音頻設備，PDAs（個人數(shù)字助理），無線遙控系統(tǒng)以及低壓供電模塊等。片式磁珠：時鐘發(fā)生電路，模擬電路和數(shù)字電路之間的濾波，I/O輸入/輸出內(nèi)部連接器（比如串口，并口，鍵盤，鼠標，長途電信，本地局域網(wǎng)），射頻（RF）電路和易受干擾的規(guī)律設備之間，供電電路中濾除高頻傳導干擾，計算機，打印機，錄

7、像機（VCRS），電視系統(tǒng)和手提電話中的EMI噪聲抑止。 3、濾波電容器 盡管從濾除高頻噪聲的角度看，電容的諧振是不盼望的，但是電容的諧振并不是總是有害的。當要濾除的噪聲頻率確定時，可以通過調(diào)整電容的容量，使諧振點剛好落在騷擾頻率上。 在實際工程中，要濾除的電磁噪聲頻率往往高達數(shù)百MHz，甚至超過1GHz。對這樣高頻的電磁噪聲必需使用穿心電容才能有效地濾除。 一般電容之所以不能有效地濾除高頻噪聲，是由于兩個緣由：一個緣由是電容引線電感造成電容諧振，對高頻信號呈現(xiàn)較大的阻抗，減弱了對高頻信號的旁路作用；另一個緣由是導線之間的寄生電容使高頻信號發(fā)生耦合，降低了濾波效果。 穿心電容之所以能有效地濾除

8、高頻噪聲，是由于穿心電容不僅沒有引線電感造成電容諧振頻率過低的問題，而且穿心電容可以直接安裝在金屬面板上，利用金屬面板起到高頻隔離的作用。但是在使用穿心電容時，要留意的問題是安裝問題。穿心電容最大的弱點是怕高溫柔溫度沖擊，這在將穿心電容往金屬面板上焊接時造成很大困難。很多電容在焊接過程中發(fā)生損壞。特殊是當需要將大量的穿心電容安裝在面板上時，只要有一個損壞，就很難修復，由于在將損壞的電容拆下時，會造成鄰近其它電容的損壞。 隨著電子設備簡單程度的提高，設備內(nèi)部強弱電混合安裝、數(shù)字規(guī)律電路混合安裝的狀況越來越多，電路模塊之間的相互騷擾成為嚴峻的問題。解決這種電路模塊相互騷擾的方法之一是用金屬隔離艙將

9、不同性質(zhì)的電路隔離開。但是全部穿過隔離艙的導線要通過穿心電容，否則會造成隔離失效。當不同電路模塊之間有大量的聯(lián)線時，在隔離艙上安裝大量的穿心電容是非常困難的事情。為了解決這個問題，國外很多廠商開發(fā)了“濾波陣列板”，這是用特別工藝事先將穿心電容焊接在一塊金屬板構(gòu)成的器件，使用濾波陣列板能夠輕而易舉地解決大量導線穿過金屬面板的問題。但是這種濾波陣列板的價格往往較高。 EMC器件有好幾種，噪聲的強度和類型不同，適用的器件也是不同的。比如，針對低頻的噪聲，如頻率是幾十KHz的噪聲，要選擇電容或電感，而不應當是磁珠；磁珠主要用來濾除一般電源線或信號線上的噪音，適合應用于高頻的噪聲環(huán)境中，比如頻率是幾十MHz到幾