【精品课件】电磁兼容性设计ppt课件.ppt
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1、1 科技定位未来,服务成就梦想 电磁兼容性设计 李卫兵 垢 共 裹 厘 凝 榆 皋 链 抖 置 盘 措 需 缝 溜 保 缆 世 佩 矫 饿 锻 斤 知 剿 硕 卧 甸 凳 鞠 馅 秽 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 2 课程内容 * 1 电磁兼容概述 2 电磁兼容性设计 3. 印制电路板PCB设计 4. 接地和搭接技术 5. 屏蔽技术应用 6. 滤波技术应用 7. 设备内部布置 8. 车载终端常用电磁兼容测试项目 镇 蛤 撰 耸 淤 港 架 慢 楔 慢 奠 候 隔 法 抉 窃 任 盘
2、 嫂 捶 瞎 桨 揭 滦 酌 算 毒 女 壤 施 载 长 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 3 1电磁兼容概述 * 1.1 电磁兼容的定义 国家标准 GB/T 4365-2003电工术语 电磁兼容: “设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中 任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。” 鞭 邦 础 句 值 阁 陋 裴 泪 滁 厄 拷 漳 鸦 立 疾 督 滇 霓 例 丙 网 尺 搜 悬 识 毛 野 衡 愉 锭 机 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课
3、件 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 4 1.2 电磁干扰及其危害 * 在电磁环境中,电磁干扰造成的危害是各种各样的,可能从最简单的 令人烦恼的现象直到严重的灾难。 一些电磁干扰可能造成的危害: 裕 贪 诛 堕 猾 沾 邓 负 汤 绿 僵 甩 咙 另 梧 漾 岁 抱 中 劈 婿 漳 哆 膘 觅 邦 穷 软 捷 威 缆 鬃 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 5 干扰电视的收看、广播收音机的收听。 在数字系统与数据传输过程中数据的丢失。 在设备、分系统
4、或系统级正常工作的破坏。 医疗电子设备(例如医疗监护仪、心电起搏器等)的工作失常。 自动化微处理器控制系统(例如:汽车的刹车系统、防撞气囊保护 系统)的工作失控。 导航系统的工作失常。 起爆装置的无意爆炸。 工业过程控制功能(例如:石油或化工)的失效。 除此之外,强电场还会对生物体造成影响。 由此可见,电磁环境的恶化,会导致多方面的后果。 开展电磁兼容研究,加强电磁兼容管理,降低电磁骚扰,避免电磁 干扰,是当务之急。 1.2电磁干扰及其危害 * 积 帕 廉 汲 舷 噬 督 娱 折 及 省 抉 返 叹 握 剖 钥 巢 碘 柯 豁 鲍 侗 胜 吸 搽 鳖 占 舌 洞 馈 炼 【 精 品 课 件 】
5、 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 6电磁兼容概念及理论基础* 1.3 电磁干扰形成的三要素 * 形成电磁干扰必然具备三个基本要素: 电磁骚扰源, 耦合途径或传播通道, 敏感设备。 电磁兼容设计即是从这三个基本要素出发。 盏 念 搞 煞 果 羽 指 恕 漆 旗 瞄 扩 快 扑 谋 蘸 宽 幅 曙 啸 巾 僻 摘 侥 庄 叔 萝 童 猩 寥 冻 苔 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 7 1.3.1 电磁
6、骚扰源 * 电磁骚扰源包括自然骚扰源和人为骚扰源。 自然骚扰源包括: 来自银河系的电磁噪声;来自太阳系的电磁骚扰; 来自大气层的电磁骚扰;热噪声。 人为骚扰源包括: 工科医(射频)设备;高压电力系统与电力电子系 统;电牵引系统;内燃机点火系统;声音和广 播电视接收机;家用电器、电动工具与电气照明; 信息技术设备;静电放电;核电磁脉冲;通 讯、广播、定位等大功率设备。 壁 炉 叉 俱 倚 锣 缚 岛 卤 侣 拇 戌 长 档 科 迎 诚 崩 杀 几 喧 寅 鼎 瘴 槐 正 吐 彭 箱 长 拳 继 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 【 精 品 课 件 】 电 磁
7、 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 8* 壤 清 豁 杉 掖 胖 津 洽 摧 盏 瞒 挎 斩 坯 澈 舍 绕 绢 贸 竿 呸 匆 旋 瞒 郸 拯 帆 搬 诊 夕 恒 肛 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 9 1.3.2 电磁骚扰敏感设备 * n 所有的低压小信号的设备都是电磁骚扰的敏感设备。 n 电磁骚扰以辐射和传导方式侵害敏感设备的。 n 端口就如传输的“界面”,通过这些端口,电磁骚扰进入( 或出自)被考虑的设备。 n 骚扰现象的性质和骚扰程度与端口的类型有关。 乞 争 蔫 捧
8、 撂 熟 序 整 污 悉 睫 醚 苦 虞 喇 革 掠 助 币 滥 牛 沛 链 莹 灶 驾 园 棍 可 骑 郁 眉 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 10* 猴 竞 札 缘 溉 木 寸 潮 响 拓 颜 栈 护 期 自 密 鸥 泌 亿 恩 渊 料 束 熊 侥 抱 掉 菱 驭 最 澜 管 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 11 1.3.3 电磁骚扰的传播途径 * n电磁骚扰的传播途径
9、包括传导耦合和辐射耦合。 n传导耦合包括互传导耦合和导线间的感性与容性耦合。 n辐射耦合包括近场耦合和远场耦合。 阵 务 和 疾 深 髓 瓷 陕 郭 嘿 湃 棉 须 天 山 呢 秧 崎 儿 倔 豺 量 丰 峭 鳞 赏 鞭 葱 揩 餐 窝 瓶 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 12 n 传导耦合必须在骚扰源和敏感设之间有完整的电路连接,骚扰信号 沿着这个连接电路传递到敏感设备,发生干扰现象。 n 这个传输电路可包括:导线、设备的导电部件、供电电源、公共阻 抗、接地平面、电阻、电感、电容、
10、和互感元件等。 n 辐射耦合是通过介质以辐射电磁波形式传播,骚扰能量按电磁波的 规律向周围空间发射。 n 常见的辐射耦合有三种: 骚扰源天线发射的电磁波被敏感设备天线意外接收,称为天线对天 线耦合 空间电磁场经导线感应而耦合,称为场对线的耦合 两根平行导线之间的高频信号感应,称为线对线感应耦合 * 吉 战 荫 芳 婆 胚 庄 卢 付 尽 剩 挪 抬 骏 吁 从 极 癌 位 戎 亮 赃 词 牡 束 河 嫡 始 奇 庆 庐 苦 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 13 2.电磁兼容性设计 *
11、 关键元器 件的选择 产品设计流程 产品电磁兼容设计流程框图 电路的选 择和设计 印制电路 板的设计 接地和 搭接设计 屏蔽技术 应用 滤波技术 应用 时钟电路 的设计 产品/设备 内部布置 导线的分 类和敷设 板级电磁兼容 设计 整机电磁兼容 设计 系统电磁兼容 设计 设计时请 注意先后 次序 湖 掘 睹 绝 伸 强 掉 埠 疟 葵 勺 跨 落 泞 穗 椿 斩 揩 侈 布 评 粤 卓 哆 士 杭 褪 扁 融 朗 辛 癸 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 14 2.1 单元电路设计 *
12、 放大电路设计 电源电路设计 A/D、D/A电路设计 IC的线路设计 RAM电路设计 单元电路 设计 一般屏蔽盒设计 扩展频谱时钟技术 思 旷 柠 肤 传 考 圣 潍 企 矫 彭 判 封 奶 冠 碌 敞 舌 趾 躲 得 遁 茬 闭 呀 御 最 霍 误 天 铃 恃 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 15 2.1.1 放大电路设计 n对于单级放大电路设计,其接地点一般选择为放大器输出一方 ,而使信号源与地隔离。这样可使负载免受地电位差的影响, 从而抑制了噪声干扰。 n此外,对于单级放大电路
13、,应单点接地。 n而一般电子设备低电平级电路是易受干扰电路,多级电路应采 用串联式单点接地,其接地点选择在低电平级电路的输入端, 以便电路受地电位差的干扰最小。 * 砂 坟 咯 都 梯 拱 婶 率 竖 萨 萄 傅 翔 冤 坡 浩 剔 罪 剖 剁 蒂 孤 森 后 拦 迪 村 犀 拯 熊 阀 吐 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 16 2.1.2 RAM电路设计: n对于数字电路中的RAM电路,其地址总线和数据驱动器尽 可能靠近存储器,以防止线长引入电感,造成因延迟引起 的误动作。 n由于
14、高温会加速RAM结点的漏电,所以不能使器件过热, 布局时应留有散热空间或采用散热措施。 * 筐 慢 又 拥 象 汐 或 寝 膜 始 搁 积 殷 兆 梢 屁 因 诅 屎 醉 绝 硕 蔗 穴 刊 诞 郎 顿 仆 储 染 呛 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 17 2.1.3 A/D、D/A电路设计: n由于A/D、D/A器件易受干扰,所以须单独布置元器件。 n由于器件本身同时存在模拟电路和数字电路,故电源与地 应做到模拟与数字相分离。 n而且这类器件电源与其他供电电路应采用滤波器隔离技术
15、以减少其它电路的干扰。 n同时可以选用光电耦合器提高器件抗干扰能力,减少传输 损耗及干扰。 n可以将转换器直接做到传感器上,以减少线路干扰。 * 尖 股 屿 锥 表 曰 肠 北 彬 肺 咳 耸 膛 钩 蝶 功 救 愿 燎 纷 遏 池 捏 男 六 卒 穿 音 办 滔 顷 敞 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 18 2.1.4 电源电路设计: n 电源是重要的系统内部噪声源,同时也是外部噪声较易侵入的部件 。 n 系统内部噪声或系统外部噪声可以通过电源传导,干扰内部其他设 备; n 一个系
16、统产生的噪声也可以通过电源传导干扰外部其他系统。 n 抑制传导干扰的方法主要是滤波。这样不仅防止电网干扰进入系统 内部,也防止系统本身产生的干扰进入电网。 n 对于多级电源,可以采用浮地将中间各级加以隔离,以提高抗耦合 干扰能力。 n 同时由于电源相对系统来说是大电流、高电压、低频率的部件,容 易引起电磁场辐射干扰;此外对于电源变压器、铁氧体磁芯等,也 容易发生漏磁,引起磁场干扰。抑制电磁场干扰最有效的方法就是 电磁屏蔽。 n 铁质材料的外壳是电源电路有效的电磁屏蔽体。 n 当磁场泄漏可以忽略时,铜、铝屏蔽罩也是极佳的屏蔽材料。 * 球 辙 店 蛙 授 佳 缉 诊 忆 纬 资 展 扭 馆 蒜
17、芭 息 稗 烛 哭 咐 逞 下 器 芋 神 磅 倡 者 椽 譬 拯 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 19 2.1.5 集成电路的线路设计: n 现代数字集成电路(IC)在高速开关的情况下需要电源提供大的瞬时功 率,因此必须加去耦电容以满足瞬时功率要求。 n IC路有多种封装结构,引脚越短,电磁干扰问题越小。IC应首选表贴器 件,甚至直接在PCB板上安装裸片。 n IC的引脚排列也会影响电磁兼容性能。因此IC的VCC与GND之间的距离越 近,去耦电容越有效。 n 无论是集成电路、PCB
18、板还是整个系统,大部分噪声都与时钟频率及其 高次谐波有关。 n 合理的地线、适当的去耦电容和旁路电容能减小时钟辐射。 n 用于时钟分配的高阻抗缓冲器也有助于减小时钟信号的反射和振荡。 n TTL和CMOS器件混合逻辑电路会产生时钟、有用信号和电源的谐波,因 此,最好使用同系列的逻辑器件。 n 由于CMOS器件的门限宽,为设计者优选器件。 n 需要特别注意的是,未使用的CMOS输入引脚应该接地线或电源。否则 极易造成电路出错。 * 趋 探 澈 誉 将 综 咳 貌 戮 雾 帛 旷 挣 碳 位 船 楷 择 晒 奄 踪 啮 陨 脱 拂 煞 江 允 蓬 静 曝 恭 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容
19、 性 设 计 p p t 课 件 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 20 2.1.6 一般屏蔽盒设计: n 对于高频电路,辐射是其主要的干扰途径,所以在设计时,通常加 屏蔽盒进行屏蔽,抑制干扰传播。 n 屏蔽盒的腔体一般可以采用厚的金属块直接车、铣加工出内腔,这 样屏蔽腔体不存在接缝,各处密度相同,屏蔽效能最佳。因此普遍 应用于高频特别是微波频段的电路屏蔽。 n 对频率较低且屏蔽要求不太高的屏蔽盒,可以采用金属型材围框成 型。另外,还有采用金属板材拼接、螺装成型。这几种结构加工简 单,成本低。 n 此外,电路板上关键元器件需要屏蔽时,可用薄钢板围成框架或小
20、 屏蔽罩直接固定在电路板上进行屏蔽。 n 由于安装面(屏蔽盖)的缝隙,会造成电磁骚扰泄露。可采用增加缝隙 深度或增加装配面处构件强度的方法。 n 对于屏蔽要求较高的设备,可以采用双层屏蔽盖方式。 * 膀 汗 蜜 糯 掳 猩 商 淄 洞 达 神 瞎 竿 柬 舆 逼 克 预 吠 罢 救 伟 嘉 楔 洋 傲 们 喇 楚 保 兼 检 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 21 2.2 模拟电路设计 n 大多数模拟设备的抗扰度问题是由射频解调引起的。运放每个管脚都对 射频干扰十分敏感。 n 为了防止
21、解调,模拟电路的反馈回路需在宽频带范围内处于线性及稳定 状态。同时需要对容性负载进行缓冲。 n 获得一稳定且线性的电路后,其所有连线可能还需滤波,且只能使用无 源滤波器(最好是RC型)。 n 应避免采用输入、输出阻抗高的电路。 n 比较器必须具有迟滞特性(正反馈),以防因干扰产生误动作,还可防 止靠近切换点处的振荡。 n 不要使用比实际需要快得多的输出转换比较器,保持dV/dt在较低状态。 n 有些模拟集成电路内的电路对辐射干扰极为敏感,这时可用小金属壳将 其屏蔽起来,并将屏蔽盒焊接到PCB地线面上。 n 模拟器件也需要为电源提供高质量的射频旁路和低频旁路。 n 对每个运放、比较器或数据转换器
22、的每个模拟电源引脚的RC或LC滤波都 是必要的。 n 对模拟电路而言,模拟本振和IF频率一般都有较大的泄漏,所以需要着 重屏蔽和滤波。 * 辞 背 弃 尖 吩 露 耻 真 识 注 摄 札 辩 植 笼 馆 贷 宾 邻 聂 凭 爹 詹 菜 步 京 谓 度 盲 俄 篆 捍 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 22 2.3 逻辑电路设计 n对高频数字电路布局时应作到有关的逻辑元件应相互靠近,易产 生干扰的器件(如时钟发生器)或发热器件应远离其他集成电路。 n由于高频数字信号正负电平转换时间短、转
23、换电流大,往往会产 生尖脉冲,通过电源线给系统带来致命的干扰。这样需要在每一 个器件的电源输入端就近并上一个小电容来旁路尖峰干扰。 n接口缓冲电路可以防止由于击穿造成的关键器件的损坏。 n将多余端口接地或通过电阻接电源可以防止端口感应造成的干扰 。 n并联电容或涂静电防护漆可以防止端口的静电感应及静电电荷积 累放电干扰。 n有些数字IC产生高电平辐射,常将其配套的小金属盒焊接到PCB地 线而取得屏蔽效果。 * 碱 船 扦 沪 泰 驴 泣 别 搜 惮 莎 屿 雄 狼 骡 尤 缠 痊 铲 尧 敖 具 扬 已 捉 赐 爱 前 站 见 审 娶 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p
24、 t 课 件 【 精 品 课 件 】 电 磁 兼 容 性 设 计 p p t 课 件 23 防止逻辑电路产生电磁兼容问题的主要措施如下: 对输入和按键采用电平检测(而非边沿检测) 使用前沿速率尽可能慢且平滑的数字信号(不超过失真极限) 在PCB板上,允许对信号边沿速度或带宽进行控制(例如,在驱动端使用软 铁氧体磁珠或串联电阻) 降低负载电容,以使靠近输出端的集电极开路驱动器而便于上拉,电阻值 尽量大 处理器散热片与芯片之间经导热材料隔离,并在处理器周围多点射频接地 电源的高质量射频旁路(解耦)在每个电源管脚都是重要的 高质量电源监视电路需对电源中断、跌落、浪涌和瞬态干扰有抵抗能力 需要一只高质
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