EMC電磁兼容的差模輻射與共模輻射以及EMI屏蔽設計的基本原則


EMC設計着重從三個方面入手,隔離干擾源、切斷干擾途徑、保護受擾體。

1、差模輻射:電流在信號環路中流動產生

 

 

 

           PCB的差模輻射

2、共模輻射:共模輻射是因電路中不需要的電壓降產生的,這種電壓降使系統的某些部件與“真正”的地之間形成一個共模電位差。一般來說,共模輻射來自於系統中的電纜。如圖所示,輻射發射的頻率由共模電勢(通常是地電壓)決定。

 

 

 

 

3、PCB主要產生差模輻射

 

 

4、線纜主要產生共模輻射

 

 

 

             系統電纜的共模輻射

5、差模輻射電場的計算

  其中 :      

              E:電場強度(V/m)

              f :電流的頻率(MHz)

              A:電流的環路面積(cm2)

              I :電流的強度(mA)

              r :測試點到電流環路的距離(m)

 由公式可知,差模輻射與信號的有效頻率、環路的面積、電流的大小有關,尤其場強與信號有效頻率的平方成正比,因此減小差模輻射的要點由以下三項:

要點一:減小信號的頻率。可以通過降頻、延緩信號的邊沿速率、濾波等途徑實現。這是減小差模輻射最有效的途徑。

要點二:減小環路面積。設計中應盡量避免出現走成環路的現象,同時對差分對信號而言,縮小對內兩信號之間的間距,有助於減小環路的面積。

要點三:減小環路上電流的大小。針對這一點,選型時,盡量選擇弱驅動能力的芯片,或配置引腳為弱驅動模式。

6、共模輻射電場的計算

  其中 :  

             E:電場強度(V/m)

              f :電流的頻率(MHz)

             L:電纜的長度(m)

              I :電流的強度(mA)

              r :測試點到電流環路的距離(m)

 注意:連接到用戶面板的信號線必須提供橋接通路,且這些信號的走線需與橋接通道重合,以提高回路完整性。

a針對共模信號,信號的返回路徑最容易出現問題。除了要關注信號驅動路徑外,還需加倍留意信號的返回路徑。

b接口信號受擾,是輻射超標的主要原因,基於此,應使信號波動較大的電路原理接口信號,並推薦使用變壓器等器件對接口信號進行隔離處理。

c盡量減少用戶面板接口信號走線上的過孔。

d對晶振、時鍾驅動其、PLL等器件的電源,必須通過磁珠等器件與其他器件的電源進行隔離。

e時鍾信號線上使用串阻,串阻靠近發送端放置。

f差分信號對稱走線,避免產生共模分量,產生共模干擾。

g跨分割平面走線,則應該在兩平面間實現橋接,使信號的返回路徑與橋路重合,橋接的方式可采用電容、磁珠等。

h推薦采用屏蔽電纜,應用時,屏蔽電纜的屏蔽層要良好地接地。

7、屏蔽的基本理論和設計要點

7.1屏蔽效能計算公式:

  

              SE(dB)= R(dB)+A(dB)+B(dB)

             R(dB)-reflection loss

             A(dB)-absorption

             B(dB)-re-reflection loss

 

 7.2屏蔽設計的基本原則:

 

    a、屏蔽體結構簡潔,盡可能減少不必要的孔洞,盡可能不要增加額外的縫隙;

    b、避免開細長孔,通風孔盡量采用圓孔並陣列排放。屏蔽和散熱有矛盾時盡可能開小孔,多開孔,避免開大孔;

    c、足夠重視電纜的處理措施,電纜的處理往往比屏蔽本身還重要;

    d、屏蔽體的電連續性是影響結構件屏蔽效能最主要的因素,相對而言,一般材料本身屏蔽性能以及材料厚度的影響是微不足道的(低頻磁場例外);

    e、注意控制成本;

 


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