以下內(nèi)容來源于EMC實戰(zhàn)特訓營部分問題解答,希望對大家有一些幫助。
一、距微帶線中心范圍內(nèi)回流百分比的數(shù)據(jù)的有理論計算公式嗎?如何凈IO的地-通過螺釘導電材料盡可能的接地,請問這個目的是為了降低接地阻抗嗎?
答:計算公式可以參考下圖所示,J(x)函數(shù)是微帶線的電流數(shù)值計算公式,公式來源于某技術(shù)論文。I/O凈地的方式就是如你所說的,盡可能降低接口區(qū)域的接地阻抗值。
二、對于一些SOC型單片機,封裝很小,但同時處理數(shù)字和模擬信號分別有數(shù)字地、數(shù)字電源和模擬地、模擬電源。這時如何做數(shù)字和模擬的布局和走線?
答:這時可以不分地處理,但是在PCB走線時候要特別注意,主要避免數(shù)字信號可能對模擬信號的影響;主要參考如下圖所示的高頻信號回流原理,布線嚴格分區(qū)處理,這個知識點我們在PCB環(huán)節(jié)會重點講到。
三、產(chǎn)品設(shè)計中,接口部分的機殼地與信號地為什么要用1nF電容和1M電阻鏈接?這樣做有什么好處?答:如下圖所示,這是我們電磁兼容設(shè)計中常用的一種處理方式,主要是針對信號地(GND)是浮地類型的產(chǎn)品。電阻的作用主要是擔心GND上在產(chǎn)品長期應用過程中會有靜電積累,如果沒有泄放通路可能會在薄弱區(qū)域形成瞬態(tài)擊穿,對電路造成損傷,所以采用大電阻的接地方式,既可以滿足產(chǎn)品的絕緣設(shè)計要求,又能避免ESD的積累損壞效應;電容的功能主要從EMI角度考慮,電容的使用,可以在高頻段實現(xiàn)信號地的接地連接,降低信號地與機殼地之間的高頻電勢差(這個電勢差常常是很多輻射問題的共模激勵源(天線知識中的單極子天線模型)),從而從PCB整體上降低電路的對外輻射值(特別是接口電路區(qū)域)。
四、如果PCB地和結(jié)構(gòu)地沒有進行濾波隔離,是一個地,這時候還需要將屏蔽層的地和信號地分開,分別接到結(jié)構(gòu)上和PCB上嗎?
答:從EMC設(shè)計角度最好還是分開,因為即使是一個地,因為連接阻抗的原因,PCB上的GND和實際的結(jié)構(gòu)體上的噪聲電平還是有差異的,如果屏蔽線連接到GND上,就如同很多資料中提到的豬尾巴效應;當然在一些實際產(chǎn)品的工程設(shè)計中,屏蔽層在工藝上很難實現(xiàn)單獨接結(jié)構(gòu)件,那么就折中通過板內(nèi)來實現(xiàn)接地,如汽車電子產(chǎn)品中常見的CAN。
五、設(shè)計評估時,PCB層數(shù)多肯定好,但增加成本,請教一下從EMC角度,PCB板層數(shù)如何選擇,以到達最佳性價比?答:這個知識點在后續(xù)的PCB課程中會有詳細講解,如果單純從EMC角度看層疊,下面六條設(shè)計原則都能滿足基本就是最佳的層疊設(shè)計方案了。
六、共模電感PCB布局時需要把共模電感周邊挖空,以四層板為例,只需要挖空第一層的?還是第二層,第三層,第四層全部挖空???另外如果沒有隔離帶,一般共模電感周邊挖空區(qū)域多少距離合適?
答:共模電感PCB設(shè)計主要是挖電感正下方區(qū)域,全部投影層挖空。目的是物理上減小地平面噪聲通過地與電感初次級(前后級)分布電容,使得干擾耦合,使得共模電感濾波效果打折。
七、能否解釋下共模電感的漏感為什么會對濾波效果有幫助?原理是什么?答:
共模電感是由兩個方向相反匝數(shù)相同的線圈按照一定規(guī)則繞制而成的特殊電感器,它的作用是濾除電路當中的共模電磁干擾信號,那么在實際當中為什么共模電感也能夠抑制差模信號?
漏感的產(chǎn)生
了解漏感之前先看一下共模電感的結(jié)構(gòu)。共模電感有兩個繞組,而且兩個繞組被設(shè)計成使它們所流過的電流沿線圈芯傳導時方向相反,理論上彼此的磁場相互抵消。但是由于線圈繞制的環(huán)形有時候不能繞滿一周,或者繞制不夠緊密,那么磁就會泄漏出來。因為電感不可能是理想的電感,線圈繞完后,不可能所有磁通都集中在線圈的中心內(nèi)。
漏感的利用
這種由于漏磁導致產(chǎn)生的電感我們稱為"漏感",其實這也就是差模電感。因此,共模電感一般也具有一定的差模干擾衰減能力。雖然產(chǎn)生了差模電感,但是也未必有害,在實際使用當中,有時候還特意設(shè)計利用漏感。例如在EMI濾波器中,只安裝一個共模電感,利用共模電感的漏感產(chǎn)生適量的差模電感,這樣起到對差模電流的抑制作用,相當于有共模電感也有一個小差模電感存在,從而達到更好的濾波效果。
八、個具有金屬殼體的產(chǎn)品,其中有dcdc隔離。機殼地、凈地、電源地,數(shù)字地、模擬地。一般情況應該如何布局?需要注意考慮那些問題。
答:這個關(guān)于PCB布局設(shè)計后續(xù)有專門的PCB和接地設(shè)計章節(jié)會進行詳細描述,因為關(guān)于分地設(shè)計,接地設(shè)計牽涉到很多前提條件。另外還與產(chǎn)品是否是浮地設(shè)計、安規(guī)絕緣耐壓要求等相關(guān)。
下圖給一個類似的設(shè)計示意圖給參考:
九、課程里講各種濾波器件都要針對電路可能出現(xiàn)的干擾頻率進行選擇。那么請問老師對一款 DC DC,根據(jù)一般經(jīng)驗,它的干擾頻率一般在那些頻段?我們一般選擇哪些頻段對它進行濾波?答:首先根據(jù)產(chǎn)品測試標準要求的頻段范圍,DC/DC 正常測試 CE,測試頻段范圍為 150KHz-30MHz(汽車電子產(chǎn)品到 108MHz),濾波器和防護設(shè)計是一個器件組合實現(xiàn)的過程!
一般電源類產(chǎn)品詳細濾波和防護設(shè)計在后續(xù)的濾波設(shè)計和防護設(shè)計專題中還會有詳細的講解,比如常規(guī)電源電路設(shè)計方案如下:
電路 EMC 設(shè)計說明:
- 電路濾波設(shè)計要點 L1、C1、C3、C4 組成第一級濾波電路。C1 為差模濾波電容,主要濾除差模干擾, 其濾波頻段覆蓋 150kHz-500kHz。C3、C4 為共模濾波電容,為共模干擾提供低阻抗回路,其濾波頻段覆蓋10MHz-30MHz。L1 為共模濾波電感,對共模干擾進行抑制,其濾波頻段覆蓋 10MHz-30MHz;L2、C2、C5、C6 組成第二級濾波電路。C2 為差模濾波電容,主要濾除差模干擾其濾波頻段覆蓋150kHz-500kHz。C5、C6 為共模濾波電容,為共模干擾提供低阻抗回路,其濾波頻段覆蓋 10MHz-30MHz。L2 為共模濾波電感,對共模干擾進行抑制,其濾波頻段覆蓋 10MHz-30MHz;L6、C10、C11 組成第二極濾波電路。C10、C11 為差模濾波電容, L6 為差模電感,主要濾除差模干擾;C9、C8 組成輸出端濾波電路。C9 為 4.7uF的電解電容,主要針對低頻噪聲的濾波,其值可根據(jù)測試情況進行調(diào)整;C8 為 1000pF的小電容,主要針對高頻噪聲的濾波,其值可根據(jù)測試情況進行調(diào)整;保護地與輸出端負極通過 1000pF 的電容 C16連接,主要為輸出端干擾提供泄流路徑;
- 電路防護設(shè)計要點 RV1、RV2、RV3、GDT1 組成第一級防護電路,其中RV1 進行差模防護、RV2、RV3、GDT1 進行共模防護。RV2、RV3、GDT1 防護器件會導致絕緣耐壓試驗不能通過,當接口需要考慮絕緣耐壓試驗時建議去掉 RV2、RV3、GDT1 三個元器件。
- 特殊要求 電路中所有的電容要符合安規(guī)的要求,差模電容選取耐壓值AC275V,共模電容選取 Y電容;保險絲 F1 位置要靠近接口放置。因壓敏電阻失效模式為短路,可能會造成大電流,因此需要增加保險絲。
- 器件選型要點 電路中Y 電容(C3、C4和 C5、C6)容值選取范圍為 100pF~4700pF,典型值選取 2200pF;電路中 X 電容容值取值范圍為 0.1μF ~10μF,C1 典型值為 0.22μF;C10 和 C11 典型值選取 0.68μF ;L1 為共模電感,感值取值范圍為100μH~30mH,典型值選取 15mH;L6 為差模電感,感值取值范圍為10μH~1mH,典型取值選取 47μH;RV1、RV2、RV3 壓敏電阻選擇壓敏電壓范圍466V~616V,典型值選取550V,壓敏電阻 RV1 的通流量(10 次沖擊)選擇大于等于 167A,壓敏電阻RV2、RV3 的通流量(10次沖擊) 選擇大于等于 167A;GDT1 氣體放電管選擇直流擊穿電壓為466V~616V,典型值選取 550V,通流量選擇大于等于 167A。以上元器件的取值后續(xù)可以根據(jù)實際的測試情況進行調(diào)整。
十、在案例講解中,老師憑借工程實踐經(jīng)驗直接鎖定了干擾源頭;那對于沒有很豐富的工程實踐經(jīng)驗的人來說,該怎么排查干擾源呢?一般排查感染源頭有什么方法呢?(非經(jīng)驗方式的排查干擾源方法)答:建議1:借助頻譜儀定位源頭,另外有特征的超標頻點;2:可以計算基頻,從而對應單板上的時鐘等周期信號;3:對于多系統(tǒng)組成,可以采取斷電方式排除分析出干擾源;
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