其中:l和r分別為引線的長度和半徑。寄生電感會與電容產(chǎn)生串聯(lián)諧振,即自諧振,在自諧振頻率fo處,去耦電容呈現(xiàn)的阻抗最小,去耦效果最好。但對頻率f高于f/o的噪聲成份,去耦電容呈電感性,阻抗隨頻率的升高而變大,使去耦或旁路作用大大下降。實踐中,應根據(jù)噪聲的最高頻率fmax來選擇去耦電容的自諧振頻率f0,最佳取值為fo=fmax。 去耦電容容量的選擇 在數(shù)字系統(tǒng)中,去耦電容的容量通常按下式估算:
接地是最有效的抑制騷擾源的方法,可解決50%的EMC問題。系統(tǒng)基準地與大地相連,可抑制電磁騷擾。外殼金屬件直接接大地,還可以提供靜電電荷的泄漏通路,防止靜電積累。 在地線設計中應注意以下幾點: (1)正確選擇單點接地與多點接地 在低頻電路中,信號的工作頻率小于1MHz,它的布線和器件間的電感影響較小,而接地電路形成的環(huán)流對干擾影響較大,因而應采用單點接地。當信號工作頻率大于10MHz時,地線阻抗變得很大,此時應盡量降低地線阻抗,應采用就近多點接地。當工作頻率在1~10MHz時,如果采用一點接地,其地線長度不應超過波長的1/20,否則應采用多點接地法。 (2)將數(shù)字電路與模擬電路分開 電路板上既有高速邏輯電路,又有線性電路,應使它們盡量分開,而兩者的地線不要相混,分別與電源端地線相連。要盡量加大線性電路的接地面積。 (3)盡量加粗接地線 若接地線很細,接地電位則隨電流的變化而變化,致使電子設備的定時信號電平不穩(wěn),抗噪聲性能變壞。因此應將接地線盡量加粗,使它能通過三位于印制電路板的允許電流。如有可能,接地線的寬度應大于3mm。 (4)將接地線構成閉環(huán)路 設計只由數(shù)字電路組成的印制電路板的地線系統(tǒng)時,將接地線做成閉環(huán)路可以明顯的提高抗噪聲能力。其原因在于:印制電路板上有很多集成電路組件,尤其遇有耗電多的組件時,因受接地線粗細的限制,會在地結上產(chǎn)生較大的電位差,引起抗噪聲能力下降,若將接地結構成環(huán)路,則會縮小電位差值,提高電子設備的抗噪聲能力。 三、EMC屏蔽設計 屏蔽就是以金屬隔離的原理來控制某一區(qū)域的電場或磁場對另一區(qū)域的干擾。它包括兩個含義:一是將電路、電纜或整個系統(tǒng)的干擾源包圍起來,防止電磁干擾向外擴散;二是用屏蔽體將接收電路、設備或系統(tǒng)包圍起來,防止它們受到外界電磁干擾的影響。屏蔽按照機理可以分為電場屏蔽、磁場屏蔽、電磁場屏蔽三種不同方式。 電場屏蔽電子設備中的電場通常是交變電場,因此可以將兩個系統(tǒng)間的電場感應認為是兩個系統(tǒng)之間分布電容Cj的耦合,如圖2所示。
則接受器上的感應電壓為
由此可知,要使接受器的感應電壓Us減小,Zp應盡可能的小。所以,屏蔽體必須選擇導電性能良好的材料,而且須有良好的接地。否則,因為Cl>Cj,C2>Cj,若屏蔽體的接地電阻較大,將使屏蔽體加入后造成的干擾反而變得更大。 磁場屏蔽是指對低頻磁場和高頻磁場的屏蔽。
低頻磁場的屏蔽采用高導磁率的鐵磁性材料。利用鐵磁性材料的高導磁率對干擾磁場進行分路,使通過空氣的磁通大為減少,從而降低對被干擾源的影響,起到磁場屏蔽的作用。由于是磁分路,所以屏蔽材料屏蔽材料 的磁導率U越高,屏蔽罩屏蔽罩越厚,磁分路流過的磁通越多,屏蔽效果越好。 高頻磁場的屏蔽采用低電阻率的良導體作為屏蔽材料屏蔽材料。外界高頻磁場在屏蔽體中產(chǎn)生渦流,渦流形成的磁場抑制和抵消外界磁場,從而起到了屏蔽的作用。與低頻磁屏蔽不同,由于高頻渦流的趨膚效應,屏蔽體的尺寸并不是屏蔽效果的關鍵所在,而且屏蔽體接地與否和屏蔽效果也沒有關系。但對于高頻磁屏蔽的金屬良導體而言,若有良好的接地,則同時具備了電場屏蔽和磁場屏蔽的效果。所以,通常高頻磁屏蔽的屏蔽體也應接地。 電磁場屏蔽電磁場屏蔽是利用屏蔽體對電場和磁場同時加以屏蔽,一般用來對高頻電磁場進行屏蔽。由前述可知,對于頻率較高的干擾電壓,選擇良導體制作屏蔽體,且有良好的接地,則可起到對電場和磁場同時進行屏蔽的效果。但是必須注意,對高頻磁場屏蔽的渦流不僅對外來干擾產(chǎn)生抵制作用,同時還可能對被屏蔽體保護的設備內(nèi)部帶來不利的影響,從而產(chǎn)生新的干擾。 1. 選擇合理的導線寬度 由于瞬變電流在印制線條上所產(chǎn)生的沖擊干擾主要是由印制導線的電感成分造成的,因此應盡量減小印制導線的電感量。印制導線的電感量與其長度成正比,與其寬度成反比,因而短而精的導線對抑制干擾是有利的。時鐘引線、行驅(qū)動器或總線驅(qū)動器的信號線常常載有大的瞬變電流,印制導線要盡可能地短。對于分立組件電路,印制導線寬度在1.5mm左右時,即可完全滿足要求;對于集成電路,印制導線寬度可在0.2~1.0mm之間選擇。 2. 采用正確的布線策略 布線時需要注意的幾個方面: (1)保持環(huán)路面積最小,降低干擾對系統(tǒng)的影響,提高系統(tǒng)的抗干擾性能。并聯(lián)的導線緊緊放在一起,使用一條粗導線進行連接,信號線緊挨地平面布線可以降低干擾。電源與地之間增加高頻濾波電容。 (2)使導線長度盡可能的縮短,減小印制板的面積,降低導線上的干擾。 (3)采用完整的地平面設計,采用多層板設計,鋪設地層,便于干擾信號泄放。 (4)使電子元件遠離可能會發(fā)生放電的平面如機箱面板、把手、螺釘?shù),保持機殼與地良好接觸,為干擾提供良好的泄放通道。對敏感信號包地處理,降低干擾。 (5)盡量采用貼片元器件。 (6)模擬地與數(shù)字地在PCB與外界連接處進行一點接地。 (7)高速邏輯電路應靠近連接器邊緣,低速邏輯電路和存儲器則應布置在遠離連接器處,中速邏輯電路則布置在高速邏輯電路和低速邏輯電路之間。 (8)電路板上的印制線寬度不要突變,拐角應采用圓弧形,不要直角或尖角。 (9)時鐘線、信號線也盡可能靠近地線,并且走線不要過長,以減小回路的環(huán)面積。
3. 印制電路板的尺寸與器件的布置 印制電路板大小要適中,過大時印制線條長,阻抗增加,不僅抗噪聲能力下降,成本也高;過小,則散熱不好,同時易受臨近線條干擾。在器件布置方面與其它邏輯電路一樣,應把相互有關的器件盡量放得靠近些,這樣可以獲得較好的抗噪聲效果。時鐘發(fā)生器、晶振和CPU的時鐘輸入端都易產(chǎn)生噪聲,要相互靠近些。易產(chǎn)生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路等應盡量遠離邏輯電路,如有可能,應另做電路板。 免責聲明:本文來源網(wǎng)絡,轉載此文目的在于傳播相關技術知識版權歸原作者所有,如涉及侵權,請聯(lián)系刪除
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