emc设计工艺技术要点.doc

第二讲　EMC设计工艺技术要点

设计工艺三要素：滤波、屏蔽、接地。
1. 系统/设备方案设计
1） 确认需要满足的电磁兼容技术标准；
2） 采用通过安规和EMC认证的模块电源；
3） 选定箱体结构形式：19″标准机柜、单元，压铸机箱……；
4） 尽量使用平衡接口电路，必要时，可以使用隔离变压器，光耦合器件等；
5） 电路中尽量避免使用高速脉冲信号，对干扰源电路，高敏感电路采用特殊的隔离措施，如局部屏蔽，滤波等；
6） 尽量使用大规模集成电路和贴装元器件，减少插孔元器件，以便提高抗扰能力和减小干扰发射；
7） 需要隔离的电路，通过其隔离界面的信号线尽量少，频率尽可能低；
8） 内部电路的接地方式，不同性质的电路用不同的地线，处理好传输地、电源地、机箱地和保护地之间的关系；
9） 将高频、低频，数字、模拟，输入、输出，强信号、弱信号，电源等分开走向和布放。
2. 结构设计和安装
1） 首先确定屏蔽箱体的材料，如果没有低频（1KHz以下）磁场的屏蔽要求，可选用钢、铝、铜；如果有，应采用高导磁率的材料，如坡莫合金；
2） 机箱上需要低阻抗搭接的部位（如屏蔽体的接缝，静电放电电路的路径，滤波器的接地，系统公共地线等），对于永久性连接，最好是焊接，对于长缝隙要连续焊接；对于非永久性搭接，应采用电磁密封衬垫，并保证表面的导电性能；
3） 对于恶劣环境（如潮湿盐雾等）应采用环境密封措施（按GB4208《外壳防护等级》，即IP代码，如IP65等级）；
4） 进出机箱的电缆应采取屏蔽或滤波措施（屏蔽对低频抑制作用较好，高频效果取决于屏蔽电缆的结构和屏蔽层的端接方式）；
5） 滤波器安装时接地良好，外壳应直接搭接在金属机箱上。电源进线尽量短，输入输出端避免空中耦合（把滤波器旁路了），数字设备最好在电源入口使用带电源插座的滤波器。
6） 机箱上的缝隙或孔尽量远离辐射源（如电缆、线路板等）或敏感电路，不能有任何金属物体直接穿过机箱；
7） 如果避免不了通风口、显示窗口，则应采用电磁密封衬垫。
8） 箱体上必须有可靠的接地装置，并有正确的标识。
3. 电路与PCB设计
1） 综合考虑EMC要求和成本，成本允许时，尽量采用四层以上的线路板，设置一层地线面，将不同性质的电路分别布置在线路板的不同区域，使干扰电路与敏感电路远离；
2） 不同区域的电路（对应不同性质的电路）用不同的地线和电源，不同的地线和电源在一点连接起来；
3） 对于多层板，要使高速信号，高敏感信号与地线层相邻布量，对于多层板，不同区域的地线面边缘要满足20H法则（即地线面的边沿要比电源层或信号线层的边沿外延出20Ｈ，Ｈ是地线面与信号线层之间的高度）。
4） 充分考虑器件在线路板上的位置和方向，引出线尽可能短。
5） 对于专门设置地线面的多层板，需避免地线面上有长缝隙（不包括为了分割不同地线而有意设置的缝隙），如果有长缝隙，不能有信号线穿过。
6） 信号的回路面积必须尽量小，在关键信号线（高频或敏感的信号）的临近设置回流线（信号地线）。
7） 如果采用双层板，必须设置地线网格（A面打上横线，B面打上坚线，通过金属化过孔连接起来，作为地线使用）。
8） 高速时冲线要尽量短，并且不要换层布线，拐角不要小于90度，以避免阻抗发生突变，造成信号反射；高速时冲电路尽量远离I/O端口，防止高频信号耦合到电缆上，借助电缆产生共模辐射。
9） 在I/O区域将逻辑地　与机壳以非常低的阻抗连接起来（这点非常关键），I/O接口上使用独立的地线，这块独立的地线与线路板上的其它部分地线仅通过一点连接，这块地专门为滤波和屏蔽层提供干净地。
10） 安装在线路板上的I/O接口滤波器，要尽量靠近电缆进出口，使滤波器与电缆连接器之间（屏蔽机箱之间）的连线最短。
11） 对所有的I/O电缆进行共模滤波，将所有I/O电缆集中在线路板设置的I/O区域。

4. 电缆和连接器
为了满足EMC的要求，电缆和连接器的选择十分重要。要知道，电缆和连接器对于高频信号就是一根发射天线或接收天线，因此在考虑性价比的同时，要充分考虑到它的性能。
在设计和制作工艺过程中，特别注意：
1） 扁平电缆尽量在每根信号线旁边配一根地线，条件不允许时，每两根信号线配一根地线；
2） 情况允许时，使用双绞线，但使用双绞线时，注意两端电路的接地，不要形成较大的地线环路；
3） 使用同轴电缆时，注意外层的端接和两端电路的接地，不要形成除了外层以外的第二条回流路径；
4） 电缆远离屏蔽体上的缝隙、开口；
5） 设备外部电缆的屏蔽层与屏蔽机箱要360度搭接；
6） 对于设备外部的电缆，确保屏蔽层与屏蔽机箱之间的低阻抗搭接；
7） 电缆上安装铁氧体磁环，根据需要调整绕在铁氧体磁环上的导线的匝数；
8） 尽理不将性质不同的信号线安排一个连接器或电缆中。

5. 附件
1） 电源线上干扰的类型
电源线上的干扰电流按照其流动路径可以分为两类，一类是差模干扰电流，另一类是共模干扰电流。差模干扰电流是在火线和零线之间流动的干扰电流，共模干扰电流是在火线、零线与大地（基其它参考物体）之间流动的干扰电流，如图1、图2所示。由于这两种干扰的抑制方式不同，因此正确辨认干扰的类型是实施正确滤波方法的前提。

2） 电源线滤波器的基本原理

图3　电源线滤波器的基本电路

图4　共模扼流圈的结构
电源线滤波器是由电感和电容组成的低通滤波，它允许直流或50Hz的电流通过，对频率较高的干扰信号则有较大的衰减。由于干扰信号有差模和共模两种，因此电源线滤波器要对这两种干扰都具有衰减作用。滤波器的基本电路如图3所示。
图3中，C1\C2是滤除共模干扰用的电容，一般称为Y电容；而C3\C4的作用是滤除差模干扰信号，一般称为X电容；L是电感线，一般绕制成共模扼流圈的形式。
共模扼流圈的绕法如图所示，从图4中可以看出，当负载电流流过共模扼流圈时，串联在火线上的线圈所产生的磁力线和串联在零线上的线圈所产生的磁力线方向相反，它们在磁芯中相互抵消。因此即使在大负载电流的情况下，磁芯也不会饱和。而对于共摸干扰电流，两个线圈产生的磁场是同方向的，会有较大的电感，从而起到衰减干扰信号的作用。
图3中的地线一般是金属机箱，当设备的机箱不是金属材料时，滤波器的地线一般与安全地相连，但由于安全地的阻抗很大，滤波器对共模干扰的衰减效果将大大降低。

编制：总工程师办公室 杨邦荣 2004-03
第 6 页 共 6 页