主营产品:静电放电发生器静电放电枪雷击浪涌发生器群脉冲发生器数显维氏硬度计标准光源箱
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常用电路EMC设计攻略(一)


一.常用电路的EMC设计

A.电源电路
电源电路设计中,功能性设计主要考虑温升和纹波大小。温升大小由结构散热和效率决定;输出纹波除了采用输出滤波外,输出滤波电容的选取也很关键:大电容一般采用低ESR电容,小电容采用0.1UF和1000pF共用。电源电路设计中,电磁兼容设计是关键设计。主要涉及的电磁兼容设计有:传导发射和浪涌。

传导发射设计一般采用输入滤波器方式。外部采购的滤波器内部电路一般采用下列电路:


Cx1和Cx2为X电容,防止差模干扰。差模干扰大时,可增加其值进行抑制;Cy1和Cy2为Y电容,防止共模干扰。共模干扰大时,可增加其值进行抑制。需要注意的是,如自行设计滤波电路,Y电容不可设计在输入端,也不可双端都加Y电容。
浪涌设计一般采用压敏电阻。差模可根据电源输入耐压选取;共模需要电源输入耐压和产品耐压测试综合考虑。
当浪涌能量大时,也可考虑压敏电阻(或TVS)与放电管组合设计。

1 电源输入部分的EMC设计
应遵循
①先防护后滤波;
②发射CLASS B规格要求的电源输入端推荐两级滤波电路,且尽量靠近输入端;
③在电源输入端滤波电路前和滤波电路中无采样电路和其它分叉电路;如果一定有采样电路,采样电路应额外增加了足够的滤波电路。

原因说明:
①先防护后滤波:
**级防护器件应在滤波器件之前,防止滤波器件在浪涌、防雷测试中损坏,或导致滤波参数偏离,第二级保护器件可以放在滤波器件的后面;选择防护器件时,还应考虑个头不要太大,防止滤波器件在PCB布局时距离接口太远,起不到滤波效果。


CLASS B规格要求的电源输入端推荐两级滤波电路,且尽量靠近输入端:

CLASSB要求比CLASS A要求小10dB,即小3倍,所以应有两级滤波电路;

CLASSA规格要求至少上等滤波电路;所谓上等滤波电路指包含上等共模电感的滤波电路。


③在电源输入端滤波电路前和滤波电路中无采样电路和其它分叉电路;如果一定有采样电路,采样电路应额外增加了足够的滤波电路:

电源采样电路应从滤波电路后取;


果采用电路精度很高,必须从电源输入口进行采样时,必须增加额外滤波电路。



2 电源输出部分的EMC设计


应遵循①电源模块输出一定要求有滤波措施,推荐使用共模电感或差模电感;②长距离电源走线是否预留足够电容组10uF/0.1uF或1uF/0.01uF,应考虑PCB板每间隔187.5px放置一对。

原因说明:

①电源模块输出一定要求有滤波措施,推荐使用共模电感或差模电感:

用共模电感进行滤波,防止开关电源的噪声串到整个单板的电源、地上;


磁珠进行滤波,防止开关电源的噪声串到整个单板的电源、地上;

电源输出端设计Y电容时,需斟酌,如有螺钉可使Y电容就近接地时,可考虑增加,否则不用。

②长距离电源走线是否预留足够电容组10uF/0.1uF或1uF/0.01uF,应考虑PCB板每间隔187.5px放置一对:

当电源模块有多路电源输出时,比如提供给通讯接口的通讯电源、地,提供给传感器供电的12V、24V电源、地,提供给继电器驱动用的12V电源、地,均会存在长距离走线问题,为了使电源、地之间的阻抗*小,且回路*小,应每隔187.5px增加一对电容。


3 电源转换芯片的EMC设计


应遵循电源转换芯片输入输出端应并联BULK电容和去耦电容;电容容值应依据芯片手册推荐,或者依据驱动能力来估算;开关转换芯片输出应考虑磁珠进行滤波。

B.接口电路

接口电路多种多样,一般需电缆引出的接口电路需要较完备的电磁兼容设计,如CAN总线、RS485总线;其他的接口电路如RS232、USB等一般采用磁珠加TVS管设计。

1 RS485/CAN接口设计

RS485接口标准电路如下:

在具体设计中,R1/R2用自恢复保险丝,保护效果更好。一般不使用放电管;TVS管可作为预留设计(取决于驱动芯片内部是否包含TVS管)。

需要注意的是,共模电容需设计在接口端,这样做的原因是抑制外部的传导干扰和快速脉冲群干扰,以免其对RS485数据通信产生扰乱。

CAN接口保护时,TVS和电容参数略有不同。

RS-485总线共模电压范围为-7~+12V;

CAN总线的共模电压为-2~+7 V。

2 RS232接口设计

RS232接口标准电路如下:


485/CAN差分接口优先选用共模电感或者磁珠进行滤波,232接口用磁珠进行滤波;滤波电路尽量靠近端口,磁珠或共模电感到端子间PCB走线长度小于62.5px;如防护器件过多,磁珠到端子间PCB走线长度距离大于62.5px,则应在*靠近接口处增加Y电容或高压电容进行滤波,Y电容要满足耐压要求;如果采用屏蔽电缆,屏蔽层要接PGND;需要接出到端子的通讯地需要经过滤波。

3 USB接口设计

USB接口标准电路如下:


体设计中,共模电感一般用磁珠代替;C1、C2共模电容为预留设计,当USB口有辐射输出干扰时,C1、C2可对其进行抑制。
需要注意的是,因USB数据速率高,选用TVS时必须采用低电容的TVS管,TVS管*少能承受8KV以上的接触静电放电。

4 S_VIDEO接口设计

S_VIDEO接口标准电路如下:


珠电容可根据实际情况进行参数调整。

5 以太网接口设计

以太网接口标准电路如下:


当网口变压器共模抑制比较差或需要通过的标准比较严酷时,需要增加L1、L2共模电感;C9、C10、C11、C12为预设计,根据实际的情况增加,一般不需要增加;C2、C3为与设计,根据是实际的情况增加或调整。

C.时钟晶体电路

时钟晶体电路一般有两种:无源晶体电路和有源震荡器电路。时钟晶体电路一般是辐射发射的干扰源。

1 无源晶体

无源晶体标准电路如下:


实际设计时,R3电阻和C3电容为预留设计。R3电阻可帮助启震;C3电容可改善震荡信号质量。

2 有源震荡器

标准电路如下:


实际设计时,C1是预留设计。C1电容可改善震荡器输出信号质量。

供电磁珠一般不可缺省,其作用时防止震荡器的高频信号通过电源污染外部电路。

时钟芯片电源管脚采用LC滤波电路或者PI滤波电路;晶体外壳要做接地设计;时钟信号分叉时在分叉后每路都设置匹配电阻,匹配电阻靠近时钟芯片;T型网络,或采用末端匹配。


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