掌握EMC这10个技巧直接进阶高手行列
发布时间: 2023-12-03 作者: 乐鱼网站app下载

  系统不会产生过多的电磁干扰 (EMI)或噪声,以及一定要能免受其他系统所产生之噪声的影响。本文探究了部分此类要求,并介绍了一些可用于确保设备设计符合这些要求的技巧和方法。

  CISPR 25 是一项标准,其提出了几种配有建议限值的测试方法,用以对某个即将安装到汽车上的组件所产生的辐射发射做评估。除了 CISPR 25 为制造商提供的指导之外,大多数制造商还拥有一套自己的标准作为CISPR 25 指导准则的补充。CISPR 25 测试的最大的目的是确保即将安装到汽车中的组件不会干扰车内的其他系统。

  CISPR 25 要求执行测试的房间里的电磁噪声电平必须至少比实测的最低电平低 6 dB。由于 CISPR 25 具有其期待噪声电平低至 18 dB (μV/m) 的场所,因此就需要一个低于 12 dB (μV/m) 的环境噪声电平。作为参考,这大约相当于距离

  在当今的环境中,满足该要求的唯一办法是在一个专为把测试环境与外界电磁场加以屏蔽而设计和建造的特殊房间里来测试。此外,由于正常的预算都要求对测试室的大小做一定的限制,故而应避免测试环境遭受测试室内部产生的

  反射的不良影响,这一点很重要。于是,测试室的墙壁必须镶嵌有某种不会反射电磁 (EM) 波的材料(图 1)。测试室的造价十分昂贵,其通常是按小时来租用的。为了节约成本,最好是在设计阶段即对 EMC/EMI 问题做评估,从而在测试室中实现一次成功。

  注入 (BCI) 系列测试,其用于验证某个组件是否受到了窄带电磁场的不利影响。测试是通过利用一个电流探针将扰动信号直接感应到线束中来进行的。

  当存在一个磁场时,一个由导电材料形成的环路充当了天线,并且把磁场转换为围绕环路流动的电流。电流的强度与闭合环路的面积成正比。因此,应尽量地避免环路的存在,并使必要的封闭区域的面积尽可能的小。比如,当有差分数据信号时,就有几率存在一个环路。在采用差分线路的发送器和

  另一种常见的环路出现在两个子系统共用某个电路的场合,也许是一台显示器和负责驱动该显示器的引擎

  (ECU)。在汽车底盘中有一根公共的接地 (GND)线,即显示端和系统的 ECU 端至该 GND 的一根连接线。当

  信号连接至具有其自己的接地线的显示器时,会在接地平面的内部形成一个巨大的环路。在有些场合中,此类环路是不可避免的。然而,通过在至地的连接线中引入一个

  的,因此对于链路的电缆部分而言该环路的面积很小。不过,一旦该信号到达电路板,则应保持紧密耦合

  CMOS 电路很受欢迎,部分原因即在于其拥有高速度和非常低的功率耗散。理想的 CMOS 电路仅在其改变状态和节点电容要充电和放电时消耗功率。从

  转换期间吸收的电流可能要高出许多倍,而在时钟转换周之间的流耗则非常低甚至为零。因此,辐射限制方法着重关注的是电压和电流的峰值,而不是平均值。

  电源引脚的电流浪涌是一个主要的辐射源。通过在每个电源引脚的附近布设一个旁路

  所需的电流将直接由该电容器提供。随后,在时钟转换周期之间该电容器上的电荷利用一个较低、较稳定的电流来积聚。较大的电容器适合于提供电流的激增,但对于高速要求的反应能力欠佳。非常小的电容器能够对需求做出快速反应,但是它们的总电荷容量有限并且很快就会耗尽。对于大多数电路来说,最佳的解决方案是将不同大小的电容器并联混用(也许是 1μF 和 0.01μF 电容器的并联)。把较小的电容器布设在非常靠近器件电源引脚的地方,而较大的电容器则可安放在距离电源引脚远一点的地方。

  当高速信号通过一根传输线传送并在该传输线上遇到了特征阻抗的变化时,部分信号将被反射回信号源,部分信号将沿着原来的方向继续传送。反射将导致辐射,一点是不会改变的。为实现低 EMI,一定要遵循合适的高速设计惯例。有大量上佳的资源为您提供了有关传输线设计的

  ·请记住,在接地平面和信号走线之间有信号。辐射可以由信号走线或接地平面的中断所引起,因此应留意信号走线下方的接地平面切口或中断。

  ·设法避免在信号走线的排布当中出现锐角。精巧弯曲的拐角要比直角转弯好得多。

  ·通常,FPD-Link 信号将让组件对其进行分接;例如:同轴电缆供电、电源连接、

  耦合电容器,等等。为了最大限度地减少这些组件上的反射,可尝试使用诸如0402

  的小型组件,并把走线组件焊盘的宽度相同。而且,还务必通过控制叠层中的电介质厚度来设定走线.屏蔽

  应采用优良的屏蔽方法,在这一点上没有捷径可走。当以最大限度地减少辐射为目标进行设计时,需在会引发问题的电路部分的周围实施屏蔽。虽然它仍有可能辐射能量,但是良好的屏蔽能够捕获辐射并在它们从系统逸出之前将其发送至地。图 2 示出了屏蔽是怎么来控制 EMI 的。

  屏蔽能采用多种形式。也许简单到把某个系统封闭在一个导电外壳之中,或者,也可能是采用一个焊接在辐射源上方的精加工的小型定制金属外壳。

  流入一颗芯片的所有电流都将再次从该芯片流出。本文中介绍的几个技巧都谈到了这样一点,就是至芯片的连接线必需简短,比如:旁路电容器要靠近

  、应保持小的环路等。然而,接地电流返回其来源所必须经由的路径则常常被遗忘。在理想的情况下,电路板的一层是专门用于接地的,至 GND 的路径比一个过孔长不了多少。然而,有些电路板布局在接地平面中有切口,因而会迫使接地电流经由一条很长的路径从芯片返回电源。当 GND 电流通过该路径传输时,它就充当了一个发送或接收噪声的天线.速度别超过所需的水平

  业界有这样一种倾向,就是担心时序裕度并采用尽可能快的逻辑器件来提供最佳的时序裕度。

  不幸的是,非常快的逻辑器件具有陡峭的脉冲边沿和甚高频成分,会产生 EMI。

  降低系统 EMI 量的一种方法是使用速度尽可能低但仍将满足时序要求的逻辑器件。

  在第二个技巧中我们讨论了,可以将旁路电容器用作降低电流浪涌影响的手段。电源线上的电感器则是同一个问题的另一个方面。通过在电源线上布设电感器或铁氧体磁珠,将强制连接至该电源的电路从电容器(而不是大老远地从电源)来满足其动态功率需求。

  在寻求解决 EMI 问题时,一个反复出现的主题是在可能的情况下降低 dv/dt 和 / 或 di/dt。关于这一点,也许看似绝对没危害,直到大家意识到其并非直接完成从 DC 至 DC 的转换,而是从 DC 至 AC再到 DC。因此,处在转换中间阶段的 AC有可能引起 EMI 问题。

  汽车设计人员担心产生干扰的地方在于 AM无线电波段。绝大多数汽车都配备了一台 AM 收音机,其具有一个可调谐频率范围为 500 kHz 至 1.5 MHz 的非常灵敏的高增益

  。如果某个组件发射了处在该频段之内的信号,将有很大的可能性在 AM 收音机里听到。许多开关电源所采用的开关频率就位于此频段内,从而在汽车应用中导致问题的发生。因此,大多数汽车开关电源都采用高于该频段的开关频率-通常是在 2MHz 或者更高。假如在开关电源的输入端或输出端上未提供充分的滤波,那么部分此类开关噪声就会进入其他也许对基频或次谐波频率很敏感的子系统。

  对于各种不同的干扰源,已规定利用电感器和电容器来缓解有可能导致 EMI 的 dv/dt 和 di/dt问题。然而,电感器和 / 或电容器会具有与自谐振有关的不良特性。这个问题常常可以通过增设一个与电感器并联的

  器来纠正,该电阻器可吸收振荡所产生的能量,从而避免其变大到足以引发问题的地步。当存在一个通向某个带有旁路电容器的组件的串联电感器(一个分立的组件或者一个源自电源线的寄生电感)时,就会引发另一个潜在的问题。由此形成的 L-C 电路有可能是在谐振频率上振荡。同样,这样的一个问题也可以利用一个电阻器(通常是与该电感器并联)加以解决。

  对于 FPD-Link串化器或解串器(SerDes)等组件而言,常常存在一个具有扩频计时选项的数据总线和时钟。

  由于 EMI 规范被设置为限制某个频段内的任何频率上的峰值辐射,因此把噪声散播在较宽的频段内可帮助大幅度减少噪声峰值。

  DS90UB914A-Q1 是一个很好的解串器实例,它常常与 DS90UB913A-Q1串化器一起使用。

  与一个高速时钟同时执行转换操作的 10或 12根高速数据线是引发 EMI的一个主要来源。

  为了降低该 EMI,DS90UB914A 具有一种使用扩频时钟和输出数据(而不是图像

  来实现不限于娱乐和舒适功能的关键型汽车运转,因此对于在存在干扰的情况下执行无差错操作以及不对车内的其他系统产生干扰的需求日渐攀升。通过遵循本文所概述的技巧和方法,以及选择正真适合的组件,

  们就可以设计稳健型系统,从而使汽车系统能够不受 EMI 问题的干扰而可靠地工作。

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