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产品内部的EMC问题分析及思路

物联产品&电磁兼容EMC 2020-03-31 14:25 发文

我在2019年的课程中讲过物联网及智能设备产品的EMI的设计技巧;对于新形势下的产品可靠性及EMC设计方面,产品内部及电子线路板PCB是非常重要的。特别是智能及物联产品为了获得良好的显示及控制;产品的外壳上会有很多的显示比如触摸屏,操控器件及负载的接口连接线等等;正常情况下我们在结构上也还不能进行完美的屏蔽设计,产品也不会有很好的屏蔽效能;根据我的研究我们需要从产品的内部的EMC问题进行设计控制也或者是控制电子线路板的PCB设计问题;

通过建立如下图示,产品内部电路及PCB分析图如下:

我们知道当电路中一旦有电流流过一定的阻抗,就会产生一定的电压降!

利用欧姆定律在电子线路板上就没有“0”电压和电流值;其可能在uA, uV级别的范围内;即存在一个较小的极限值。

基于上面的知识在我们的产品内部的电路板中IC1(功能电路1)与IC2(功能电路2)如果存在通讯信号设计;在信号回路的设计就很关键了。如果出现信号的回路面积相对比较大的时候就会产生相对应的激励噪声电压V3;我们的系统就会出现既有EMS的问题即V3的电压就会造成系统电路的通讯异常,出现系统的复位和死机现象。同时这个大的回路面积伴随的时钟信号就会形成差模环天线对外形成差模辐射骚扰,产生EMI的发射问题。

地走线地回路在PCB板上的地设计是有用信号的0电平参考;当图示的地走线存在V1,V2的噪声电压值时,上面的功能电路存在高频的时钟通讯信号;其地走线阻抗产生的激励电压V2就会通过功能电路2及其输出连接线缆形成对外的辐射骚扰。这就是我们典型的共模发射天线的棒天线发射模型。

同理激励源V1也会通过功能电路1及其输入的连接线缆形成对外的辐射骚扰。因此看来产品内部电子线路及PCB板的设计对EMC的设计是非常关键的!

我通过一二十年的实际项目设计经验提供设计思路,给出正解。

实际的电子线路板会比较复杂,电路板越复杂EMC的问题就会相对比较复杂;我们处理EMC问题根据其实际的模型要有简单的处理方法;

解决思路参考如下;

A.减小周期性信号(典型是时钟信号)的负载电流回流路径的回路面积;

B.对电路中电路IC或者是功能电路需要增加合适的高频电容退耦减小电源的高频回流面积如上图中的C1,C2电容的设计;

C.尽可能的降低地走线&地线或地平面的阻抗;

D.电路板上的连接线及电缆的布置需要重点关注,如果同侧放置,强弱信号分离布置;连接线接口的滤波措施处理等等。

E.强噪声干扰源在线路的源头需要增加磁珠减小高频电流 或者通过增加电容C延长信号的上升沿和下降沿等等。

 

更多设计应用实践及技术交流;请关注阿杜老师!

杜佐兵 

电磁兼容(EMC)线上&线下高级讲师

杜佐兵老师在电子行业从业近20年,是国家电工委员会高级注册EMC工程师,武汉大学光电工程学院、光电子半导体激光技术专家。目前专注于电子产品的电磁兼容设计、开关电源及LED背光驱动设计。

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