硬件研发能力培训20111201.ppt

硬件设计能力提升 研发设计基础半导体器件应用常用传感器应用常用简单电路分析设计支持信息 研发设计能力电源设计原理图设计 EMC知识和硬件规范化EMC基本知识EMC电路设计PCB的抗干扰设计 硬件设计能力提升之 EMC知识和硬件规范化 刘必茂2011 11 04 1 什么是EMC EMC ElectroMagneticCompatibility 中文称电磁兼容性 指电气设备在电磁环境中正常运行 并不对周边环境中的电气设备产生较大的电磁干扰的能力 EMC包括对内对外的两个方向的要求 1 EMI interference 对外的电磁干扰度电气设备在正常运行过程中对周边环境产生的电磁干扰不能超过一定值 通常通过电力线和电磁辐射来衡量 EMI 传导干扰CE conductionemission 辐射干扰RE radiationemission 和谐波harmonic干扰 2 EMS susceptibility 电磁抗干扰度电气设备面对环境中存在的电磁干扰 有一定抗扰能力 即电磁敏感性 EMS ESD抗静电干扰 EFT射频抗扰度 瞬变群脉冲抗扰度 浪涌抗扰度 电压跌落抗扰度 一 EMC相关知识 2 EMC的重要性 1 确保电气设备运行的可靠性和稳定性 电磁干扰不仅影响电子电气设备 造成设备失效 执行错误 效果下降等 无法正常工作 严重的 造成设备中的部分元器件损毁 工程设计人员特别是工程师 要对电子设备的电磁兼容技术重视起来 要让我们设计的设备在一定的电磁干扰环境下 而能正常工作 要防止或减小我们设计的设备自身对周围其它设备产生电磁干扰 2 符合相关国家的强制认证的要求 我们国家 对个人计算机 显示器 打印机 电源 电视机和音响设备 声音和电视广播设备 信息技术设备 家用电器 电动工具 照明电器 电点火驱动装置 金融结算电子设备 安防电子产品和低压电器实施电磁兼容性强制性认证 在欧盟 所有进入成员国内销售的电气和电子产品必须符合电磁兼容性要求 并加贴CE标志后才能在市场销售 UL VDE等认证要求 都不可避免地 要求电磁兼容性 3 使用者的人身和财产安全需要 2 面对EMC 我们该做什么 1 增强电子电气设备的抗干扰能力 使用合适的滤波器件 适当的屏蔽措施 合理的PCB布局 布线设计电路板合理分区 特别是电源区 模拟区 射频区 单片机和大功率器件的地线单独接地 以减小互相干扰 单片机I O口 电路板连接线等关键地方 使用抗干扰元件 可显著提高电路的抗干扰性能 晶振与单片机引脚尽量靠近 用地线把时钟区隔离起来 晶振外壳尽可能接地 电源和地线布置合理 避免产生电流环和电磁效应 2 降低电子电器设备的对外干扰量 合理的原理设计 使用合适的滤波器件 适当的屏蔽措施 2 面对EMC 我们该做什么 3 切断干扰信号的传播途径 增加干扰源与敏感器件的空间和布线距离 PCB合理分区 将强 弱信号 数 模信号 合理分区布置 使用光耦 继电器完全隔离 或使用隔离变压器相对隔离 针对空间辐射干扰信号 使用金属屏蔽罩进行空间屏蔽 二 EMC的符合性设计 1 EMC的原理设计 1 电源输入端的滤波措施 共模滤波电路 共模干扰是由于电力线与大地间的电位差产生的 其特点是两条线上的杂讯电压是同电位同向的 差模干扰是由于电力线之间的电位差产生的 其特点是两条线上的杂讯电压是同电位反向的 通常 线路上干扰电压的这两种分量是同时存在的 为此应在电源输入端加适当的滤波器 1 EMC的原理设计 压敏电阻吸收浪涌电压能量 高压电容吸收高频谐波 1 EMC的原理设计 2 电源输出端的滤波措施 纹波平整与尖峰脉冲去除 几十甚至上百mV电源纹波 对数字电路的影响较小 但是对模拟电路 射频电路的影响却是巨大的 电源纹波的平整措施 主要采用较大容量的电解电容处理 很多电源 输出的尖峰脉冲峰峰值达到几百mV 对数字电路 模拟电路 射频电路均造成较大的影响 尖峰脉冲的去除 主要使用滤波器 由电容 电感 磁珠组成 L型 T型 型滤波器 针对小电流供电电路 可以采用L型 型阻容滤波 达到较好的纹波平整和尖峰去除的双重目的 常见的电源输出纹波和干扰图 1 EMC的原理设计 1 电源输出端的滤波措施 常见的L型滤波电路 注 L型RC滤波电路中 C根据电路主要目的的情况 可以选用电解电容 钽电容 瓷片电容 1 EMC的原理设计 瓷片电容 旁路高频谐波和剑锋 主要用于差模 放电电阻 用于断电后电量释放 瓷片电容 旁路高频谐波和剑锋 主要用于差模抑制 1 EMC的原理设计 3 信号传输的抗干扰设计 信号传输中 开关信号 模拟量信号 I O数据信号 都对干扰信号有一定的反应 模拟量信号最敏感 次之数据信号 再次之开关信号 它们都是受害者 在原理设计时 就要考虑抗干扰 加入必要的滤波措施 主要采取的方法有 加入电容 阻容 电感 容感等滤波器件和滤波电路 加入光耦隔离电路 增加信号的传输电流 电压 弱化干扰信号 1 EMC的原理设计 能量吸收二极管 防止继电器开关时释放强干扰能量和击穿三极管 更多案例 原理图1原理图2 2 EMC应对器件的选用 1 防传导干扰器件 差模电感 共模电感 要根据电流来选用 高压电容 根据电压来选用 电解电容 电压 电流量 瞬态抑制管 电压 能量 时间 人机对话 特别是按键和显示 以及可能接触到人体等带静电物体的部分 尽量避免信号线处于高阻状态 选用较好