在新设计及开发项目开始,正确选择有源与无源器件及完善电路设计技术,将有利于以最低成本获得EMC认证,减少产品因屏蔽和滤波所带来额外成本、体积和重量。这些技术也可以提高数字信号完整性及模拟信号信噪比,可以减少重复使用硬件及软件至少一次,这也将有助于新产品达到其功能技术要求,尽早投入市场。这些EMC技术应视为公司竟争优势一部分,有助于使企业获得最大商业利益。
一、数字器件与EMC电路设计
1、器件选择
大部分数字
IC生产商都至少能生产某一系列辐射较低器件,同时也能生产几种抗ESDI/O
芯片,有些厂商供应EMC性能良好VLSI(有些EMC微处理器比普通产品辐射低40dB);大多数数字电路采用方波信号同步,这将产生高次谐波分量。时钟速率越高,边沿越陡,频率和谐波发射能力也越高。因此,在满足产品技术指标前提下,尽量选择低速时钟。在HC能用时绝不要使用AC,CMOS4000能行就不要用HC。要选择集成度高并有EMC特性集成电路,比如:
* 电源及地引脚较近
* 多个电源及地线引脚
* 输出电压波动性小
* 可控开关速率
* 与传输线匹配I/O电路
* 差动信号传输
* 地线反射较低
* 对ESD及其他干扰现象抗扰性
* 输入电容小
* 输出级驱动能力不超过实际应用要求
* 电源瞬态电流低(有时也称穿透电流)
这些参数最大、最小值应由其生产商一一指明。由不同厂家生产具有相同型号及指标器件可能有显著不同EMC特性,这一点对于确保陆续生产产品具有稳定电磁兼容符合性是很重要。
高技术集成电路生产商可以提供详尽EMC设计说明,比如Intel奔腾MMX芯片就是这样。设计人员要了解这些并严格按要求去做。详尽EMC设计建议表明:生产商关心是用户真正需求,这在选择器件时是必须考虑因素。在早期设计阶段,如果ICEMC特性不清楚,可以通过一简单功能电路(至少时钟电路要工作)进行各种EMC测试,同时要尽量在高速数据传输状态完成操作。发射测试可方便地在一标准测试台上进行,将近场磁场探头连接到频谱分析仪(或宽带示波器)上,有些器件明显地比其他一些器件噪声小得多,测试抗扰度时可采用同样探头,并连到信号发生器输出端(连续射频或瞬态)。但如果探头是仪器专配(不只是简单短路环或导线),首先要检查其功率承受能力是否满足要求。测试时近场探头需贴近器件或PCB板,为了定位“关键探测点”和最大化探头方向 , 应首先在整个区域进行水平及垂直扫描(使探头在各个方向相互垂直),然后在信号最强区域集中进行扫描。
2、电路技术
* 对输入和按键采用电平检测(而非边沿检测)
* 使用前沿速率尽可能慢且平滑数字信号(不超过失真极限)
* 在PCB样板上,允许对信号边沿速度或带宽进行控制(例如,在驱动端使用软铁氧体磁珠或串联电阻)
* 降低负载电容,以使靠近输出端集电极开路驱动器便于上拉,电阻值尽量大
* 处理器散热片与芯片之间通过导热材料隔离,并在处理器周围多点射频接地。
* 电源高质量射频旁路(解耦)在每个电源管脚都是重要。
* 高质量电源监视电路需对电源中断、跌落、浪涌和瞬态干扰有抵抗能力
* 需要一只高质量看门狗
* 决不能在看门狗或电源监视电路上使用可编程器件
* 电源监视电路及看门狗也需适当电路和软件技术,以使它们可以适应大多数不测情况,这取决于产品临界状态
* 当逻辑信号沿上升/下降时间比信号在PCB走线中传输一个来回时间短时,应采用传输线技术:
a 、经验:信号在每毫米轨线长度中传输一个来回时间等于36皮秒
b 、为了获得最佳EMC特性,对于比a中经验提示短得多轨线,使用传输线技术。有些数字IC产生高电平辐射,常将其配套小金属盒焊接到PCB地线而取得屏蔽效果。PCB上屏蔽成本低,但在需散热和通风良好器件上并不适用。
时钟电路通常是最主要发射源,其
PCB轨线是最关键一点,要作好元件布局,从而使时钟走线最短,同时保证时钟线在PCB一面但不通过过孔。当一个时钟必须经过一段长长路径到达许多负载时,可在负载旁边安装一时钟缓冲器,这样,长轨线(导线)中电流就小很多了。这里,相对失真并非重要。长轨线中时钟沿应尽量圆滑,甚至可用正弦波,然后由负载旁时钟缓冲器加以整形。
3、不宜采用IC 座
IC座对EMC 很不利,建议直接在PCB上焊接表贴芯片,具有较短引线和体积较小IC芯片则更好, BGA及类似芯片封装IC在目前是最好选择。安装在座(更糟是,插座本身有电池)上可编程只读存储器(PROM)发射及敏感特性经常会使一个本来良好设计变坏。因此,应该采用直接焊接到电路板上表贴可编程储存器。
带有ZIF座和在处理器(能方便升级)上用弹簧安装散热片母板,需要额外滤波和屏蔽,即使如此,选择内部引线最短表贴ZIF 座也是有好处。