一般電子產(chǎn)品都最容易出的問題有:RE--輻射,,CE--傳導(dǎo),,ESD--靜電,。
通訊類電子產(chǎn)品不光包括以上三項(xiàng):RE,,CE,ESD,,還有Surge--浪涌(雷擊,,打雷)
醫(yī)療器械最容易出現(xiàn)的問題是:ESD--靜電,EFT--瞬態(tài)脈沖抗干擾,,CS--傳導(dǎo)抗干擾,,RS--輻射抗干擾。
針對(duì)于北方干燥地區(qū),,產(chǎn)品的ESD--靜電要求要很高,。
針對(duì)于像四川和一些西南多雷地區(qū),,EFT防雷要求要很高.
如何提高電子產(chǎn)品的抗干擾能力和電磁兼容性:
1、 下面的一些系統(tǒng)要特別注意抗電磁干擾:
(1) 微控制器時(shí)鐘頻率特別高,,總線周期特別快的系統(tǒng),。
(2) 系統(tǒng)含有大功率,大電流驅(qū)動(dòng)電路,,如產(chǎn)生火花的繼電器,,大電流開關(guān)等。
(3) 含微弱模擬信號(hào)電路以及高精度A/D變換電路的系統(tǒng),。
2,、 為增加系統(tǒng)的抗電磁干擾能力采取如下措施:
(1) 選用頻率低的微控制器:
選用外時(shí)鐘頻率低的微控制器可以有效降低噪聲和提高系統(tǒng)的抗干擾能力。同樣頻率的方波和正弦波,,方波中的高頻成份比正弦波多得多,。雖然方波的高頻成份的波的幅度,比基波小,,但頻率越高越容易發(fā)射出成為噪聲源,,微控制器產(chǎn)生的最有影響的高頻噪聲大約是時(shí)鐘頻率的3倍。
(2) 減小信號(hào)傳輸中的畸變
微控制器主要采用高速CMOS技術(shù)制造,。信號(hào)輸入端靜態(tài)輸入電流在1mA左右,,輸入電容10PF左右,輸入阻抗相當(dāng)高,,高速CMOS電路的輸出端都有相當(dāng)?shù)膸лd能力,,即相當(dāng)大的輸出值,將一個(gè)門的輸出端通過一段很長(zhǎng)線引到輸入阻抗相當(dāng)高的輸入端,,反射問題就很嚴(yán)重,,它會(huì)引起信號(hào)畸變,增加系統(tǒng)噪聲,。當(dāng)Tpd>Tr時(shí),,就成了一個(gè)傳輸線問題,必須考慮信號(hào)反射,,阻抗匹配等問題,。
信號(hào)在印制板上的延遲時(shí)間與引線的特性阻抗有關(guān),即與印制線路板材料的介電常數(shù)有關(guān),??梢源致缘卣J(rèn)為,信號(hào)在印制板引線的傳輸速度,,約為光速的1/3到1/2之間,。微控制器構(gòu)成的系統(tǒng)中常用邏輯電話元件的Tr(標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間)為3到18ns之間。
在印制線路板上,信號(hào)通過一個(gè)7W的電阻和一段25cm長(zhǎng)的引線,,線上延遲時(shí)間大致在4~20ns之間,。也就是說,信號(hào)在印刷線路上的引線越短越好,,最長(zhǎng)不宜超過25cm,。而且過孔數(shù)目也應(yīng)盡量少,最好不多于2個(gè),。
當(dāng)信號(hào)的上升時(shí)間快于信號(hào)延遲時(shí)間,,就要按照快電子學(xué)處理。此時(shí)要考慮傳輸線的阻抗匹配,,對(duì)于一塊印刷線路板上的集成塊之間的信號(hào)傳輸,,要避免出現(xiàn)Td>Trd的情況,印刷線路板越大系統(tǒng)的速度就越不能太快,。
用以下結(jié)論歸納印刷線路板設(shè)計(jì)的一個(gè)規(guī)則:
信號(hào)在印刷板上傳輸,,其延遲時(shí)間不應(yīng)大于所用器件的標(biāo)稱延遲時(shí)間。
(3) 減小信號(hào)線間的交叉干擾:
A點(diǎn)一個(gè)上升時(shí)間為Tr的階躍信號(hào)通過引線AB傳向B端,。信號(hào)在AB線上的延遲時(shí)間是Td,。在D點(diǎn),由于A點(diǎn)信號(hào)的向前傳輸,,到達(dá)B點(diǎn)后的信號(hào)反射和AB線的延遲,,Td時(shí)間以后會(huì)感應(yīng)出一個(gè)寬度為Tr的頁(yè)脈沖信號(hào)。在C點(diǎn),,由于AB上信號(hào)的傳輸與反射,,會(huì)感應(yīng)出一個(gè)寬度為信號(hào)在AB線上的延遲時(shí)間的兩倍,即2Td的正脈沖信號(hào),。這就是信號(hào)間的交叉干擾,。干擾信號(hào)的強(qiáng)度與C點(diǎn)信號(hào)的di/at有關(guān),,與線間距離有關(guān),。當(dāng)兩信號(hào)線不是很長(zhǎng)時(shí),AB上看到的實(shí)際是兩個(gè)脈沖的迭加,。
CMOS工藝制造的微控制由輸入阻抗高,,噪聲高,噪聲容限也很高,,數(shù)字電路是迭加100~200mv噪聲并不影響其工作,。若圖中AB線是一模擬信號(hào),這種干擾就變?yōu)椴荒苋萑?。如印刷線路板為四層板,,其中有一層是大面積的地,或雙面板,信號(hào)線的反面是大面積的地時(shí),,這種信號(hào)間的交叉干擾就會(huì)變小,。原因是,大面積的地減小了信號(hào)線的特性阻抗,,信號(hào)在D端的反射大為減小,。特性阻抗與信號(hào)線到地間的介質(zhì)的介電常數(shù)的平方成反比,與介質(zhì)厚度的自然對(duì)數(shù)成正比,。若AB線為一模擬信號(hào),,要避免數(shù)字電路信號(hào)線CD對(duì)AB的干擾,AB線下方要有大面積的地,,AB線到CD線的距離要大于AB線與地距離的2~3倍,。可用局部屏蔽地,,在有引結(jié)的一面引線左右兩側(cè)布以地線,。
(4) 減小來自電源的噪聲
電源在向系統(tǒng)提供能源的同時(shí),也將其噪聲加到所供電的電源上,。電路中微控制器的復(fù)位線,,中斷線,以及其它一些控制線最容易受外界噪聲的干擾,。電網(wǎng)上的強(qiáng)干擾通過電源進(jìn)入電路,,即使電池供電的系統(tǒng),電池本身也有高頻噪聲,。模擬電路中的模擬信號(hào)更經(jīng)受不住來自電源的干擾,。
(5) 注意印刷線板與元器件的高頻特性
在高頻情況下,印刷線路板上的引線,,過孔,,電阻、電容,、接插件的分布電感與電容等不可忽略,。電容的分布電感不可忽略,電感的分布電容不可忽略,。電阻產(chǎn)生對(duì)高頻信號(hào)的反射,,引線的分布電容會(huì)起作用,當(dāng)長(zhǎng)度大于噪聲頻率相應(yīng)波長(zhǎng)的1/20時(shí),,就產(chǎn)生天線效應(yīng),,噪聲通過引線向外發(fā)射。
印刷線路板的過孔大約引起0.6pf的電容,。
一個(gè)集成電路本身的封裝材料引入2~6pf電容,。
一個(gè)線路板上的接插件,,有520nH的分布電感。一個(gè)雙列直扦的24引腳集成電路扦座,,引入4~18nH的分布電感,。
這些小的分布參數(shù)對(duì)于這行較低頻率下的微控制器系統(tǒng)中是可以忽略不計(jì)的;而對(duì)于高速系統(tǒng)必須予以特別注意,。
(6) 元件布置要合理分區(qū)
元件在印刷線路板上排列的位置要充分考慮抗電磁干擾問題,,原則之一是各部件之間的引線要盡量短。在布局上,,要把模擬信號(hào)部分,,高速數(shù)字電路部分,噪聲源部分(如繼電器,,大電流開關(guān)等)這三部分合理地分開,,使相互間的信號(hào)耦合為最小。
G 處理好接地線
印刷電路板上,,電源線和地線最重要,。克服電磁干擾,,最主要的手段就是接地,。
對(duì)于雙面板,地線布置特別講究,,通過采用單點(diǎn)接地法,,電源和地是從電源的兩端接到印刷線路板上來的,電源一個(gè)接點(diǎn),,地一個(gè)接點(diǎn),。印刷線路板上,要有多個(gè)返回地線,,這些都會(huì)聚到回電源的那個(gè)接點(diǎn)上,,就是所謂單點(diǎn)接地。所謂模擬地,、數(shù)字地,、大功率器件地開分,是指布線分開,,而最后都匯集到這個(gè)接地點(diǎn)上來,。與印刷線路板以外的信號(hào)相連時(shí),,通常采用屏蔽電纜,。對(duì)于高頻和數(shù)字信號(hào),屏蔽電纜兩端都接地,。低頻模擬信號(hào)用的屏蔽電纜,,一端接地為好。
對(duì)噪聲和干擾非常敏感的電路或高頻噪聲特別嚴(yán)重的電路應(yīng)該用金屬罩屏蔽起來。
(7) 用好去耦電容,。
好的高頻去耦電容可以去除高到1GHZ的高頻成份,。陶瓷片電容或多層陶瓷電容的高頻特性較好。設(shè)計(jì)印刷線路板時(shí),,每個(gè)集成電路的電源,,地之間都要加一個(gè)去耦電容。去耦電容有兩個(gè)作用:一方面是本集成電路的蓄能電容,,提供和吸收該集成電路開門關(guān)門瞬間的充放電能,;另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。數(shù)字電路中典型的去耦電容為0.1uf的去耦電容有5nH分布電感,,它的并行共振頻率大約在7MHz左右,,也就是說對(duì)于10MHz以下的噪聲有較好的去耦作用,對(duì)40MHz以上的噪聲幾乎不起作用,。
1uf,,10uf電容,并行共振頻率在20MHz以上,,去除高頻率噪聲的效果要好一些,。在電源進(jìn)入印刷板的地方和一個(gè)1uf或10uf的去高頻電容往往是有利的,即使是用電池供電的系統(tǒng)也需要這種電容,。
每10片左右的集成電路要加一片充放電電容,,或稱為蓄放電容,電容大小可選10uf,。最好不用電解電容,,電解電容是兩層溥膜卷起來的,這種卷起來的結(jié)構(gòu)在高頻時(shí)表現(xiàn)為電感,,最好使用膽電容或聚碳酸醞電容,。
去耦電容值的選取并不嚴(yán)格,可按C=1/f計(jì)算,;即10MHz取0.1uf,,對(duì)微控制器構(gòu)成的系統(tǒng),取0.1~0.01uf之間都可以,。
3,、 降低噪聲與電磁干擾的一些經(jīng)驗(yàn)。
(1) 能用低速芯片就不用高速的,,高速芯片用在關(guān)鍵地方,。
(2) 可用串一個(gè)電阻的辦法,降低控制電路上下沿跳變速率,。
(3) 盡量為繼電器等提供某種形式的阻尼,。
(4) 使用滿足系統(tǒng)要求的最低頻率時(shí)鐘,。
(5) 時(shí)鐘產(chǎn)生器盡量靠近到用該時(shí)鐘的器件。石英晶體振蕩器外殼要接地,。
(6) 用地線將時(shí)鐘區(qū)圈起來,,時(shí)鐘線盡量短。
(7) I/O驅(qū)動(dòng)電路盡量靠近印刷板邊,,讓其盡快離開印刷板,。對(duì)進(jìn)入印制板的信號(hào)要加濾波,從高噪聲區(qū)來的信號(hào)也要加濾波,,同時(shí)用串終端電阻的辦法,,減小信號(hào)反射。
(8) MCD無用端要接高,,或接地,,或定義成輸出端,集成電路上該接電源地的端都要接,,不要懸空,。
(9) 閑置不用的門電路輸入端不要懸空,閑置不用的運(yùn)放正輸入端接地,,負(fù)輸入端接輸出端,。 (10) 印制板盡量使用45折線而不用90折線布線以減小高頻信號(hào)對(duì)外的發(fā)射與耦合。
(11) 印制板按頻率和電流開關(guān)特性分區(qū),,噪聲元件與非噪聲元件要距離再遠(yuǎn)一些,。
(12) 單面板和雙面板用單點(diǎn)接電源和單點(diǎn)接地、電源線,、地線盡量粗,,經(jīng)濟(jì)是能承受的話用多層板以減小電源,地的容生電感,。
(13) 時(shí)鐘,、總線、片選信號(hào)要遠(yuǎn)離I/O線和接插件,。
(14) 模擬電壓輸入線,、參考電壓端要盡量遠(yuǎn)離數(shù)字電路信號(hào)線,特別是時(shí)鐘,。
(15) 對(duì)A/D類器件,,數(shù)字部分與模擬部分寧可統(tǒng)一下也不要交叉。
(16) 時(shí)鐘線垂直于I/O線比平行I/O線干擾小,,時(shí)鐘元件引腳遠(yuǎn)離I/O電纜,。
(17) 元件引腳盡量短,去耦電容引腳盡量短,。
(18) 關(guān)鍵的線要盡量粗,,并在兩邊加上保護(hù)地,。高速線要短要直,。
(19) 對(duì)噪聲敏感的線不要與大電流,,高速開關(guān)線平行。
(20) 石英晶體下面以及對(duì)噪聲敏感的器件下面不要走線,。
(21) 弱信號(hào)電路,,低頻電路周圍不要形成電流環(huán)路。
(22) 任何信號(hào)都不要形成環(huán)路,,如不可避免,,讓環(huán)路區(qū)盡量小。
(23) 每個(gè)集成電路一個(gè)去耦電容,。每個(gè)電解電容邊上都要加一個(gè)小的高頻旁路電容,。
(24) 用大容量的鉭電容或聚酷電容而不用電解電容作電路充放電儲(chǔ)能電容。使用管狀電容時(shí),,外殼要接地,。