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电子工程电磁兼容性提高方法

 论文栏目:电子发展论文     更新时间:2019/5/15 16:45:06   

摘要:随着电子设备电路板的尺寸设计越来越小,布线的密度越来越大,电路板中各电子元器件的工作频率也日益提高,导致电路中的电磁干扰问题日益严重。电磁干扰不但对电子设备自身,而且对周围其他的电子设备都带来了干扰,影响这些设备的正常运行。因此,如何提高电子工程的电磁兼容性,最大限度地降低电磁干扰的影响,对于保障电子工程的正常运行至关重要。本文对提高电子工程电磁兼容性的方法进行了探讨。

关键词:电子系统;电磁兼容;方法

近年来,随着电子信息技术日新月异的发展,越来越多的电子设备进入到人类社会的各个方面,为人们的工作和生活提供了极大的便捷。然而,随着电子设备电路板的尺寸设计越来越小,布线的密度越来越大,电路板中各电子元器件的工作频率也日益提高,导致电路中的电磁干扰问题日益严重。电磁干扰不但对电子设备自身,而且对周围其他的电子设备都带来了干扰,影响这些设备的正常运行。因此,如何提高电子工程的电磁兼容性,最大限度地降低电磁干扰的影响,对于保障电子工程的正常运行至关重要。

1电子工程电磁兼容概述

电子工程电磁兼容,指的是各个电子设备,在共同的电磁环境中,各自都能够正常运行,对其他的电子设备,不产生电磁干扰,不影响其他电子设备的正常运行,它们能够和谐共存,互不干扰,处于兼容的状态。电子工程的电磁兼容性,一般从电磁干扰和电磁敏感度这两个方面,进行考量。其中的电磁干扰,指的是任何对电子设备的正常运行造成干扰和影响的电磁能量;电磁敏感度,指的是在电磁干扰的环境条件下,处于其中的电子设备,受到干扰和影响的程度;电磁抗扰性,就是在存在电磁干扰的环境下,电子设备能够正常运行、不降低性能的能力。一般情况下,电子设备的电磁敏感度越高,其抗电磁干扰的能力越低。电子工程中,必须具备三个基本的条件,才会造成电磁干扰现象。第一个条件是存在干扰源,即产生有害电磁场的装置,或者仪器、设备。第二个条件是存在传播干扰的途径,传播干扰的途径,主要有传导耦合方式、辐射耦合方式这两种方式。第三个条件是存在敏感的电子设备,易于受到电磁干扰的影响。因此,要提高电子工程的电磁兼容性,最大限度地降低电磁干扰的影响,就要从造成电磁干扰的三个条件出发,针对性的采取三条路径,降低有害磁场的干扰强度、切断电磁干扰的传播途径、降低电子设备对电磁干扰的敏感度。

2提高电子工程电磁兼容性的方法

2.1对电子工程进行电磁兼容性设计

对电子工程进行电磁兼容性设计,可以使电子设备在处于干扰的电磁环境中,也能够正常运行,不受外界的电磁干扰,对周围其它电子设备也不造成电磁干扰。(1)合理选择导线的长度与宽度。电子工程电路板上布置的印制导线,其电感量的大小,与导线的长度成正比、宽度成反比,因此,短而精的导线,最为有利于抑制电磁干扰。时钟引线,驱动器的信号线,这些线载有大的瞬变电流,印制导线的选择不要太长,在允许的条件下,越短越好。对于分立组件的电路,印制导线的宽度,通常选择1.5毫米左右最好。对于集成电路来说,印制导线的宽度的选择区间比较大,0.2毫米到1.0毫米之间的宽度都可以。对于同一元件来说,其各条地址线,或数据线,不要长短不一,要在条件允许的情况下尽可能保持长度的一致。电路输入、输出的导线,不要进行相邻平行的布置方式,采取在它们之间加接地线的办法,可有效避免串扰现象的发生。(2)配置去耦电容。在电子工程直流电源回路中,当负载发生变化时,会导致电源出现噪声的问题。对此,可以采取配置去耦电容的方法,来抑制由于负载变化导致的噪声,提高印制电路板的设计的可靠性。这种配置去耦电容的方法,主要是在电子工程电源输入端,跨接一个10~100uF的电解电容器;在印制电路板条件允许的情况下,跨接100uF以上的电解电容器,可以取得更好的抗干扰效果。(3)采用正确的布线策略。在布局条件允许的情况下,采用井字形网状的布线结构,是最好的布线方法。具体的做法是,在印制板的一面,进行横向布线的方法。在另一面,进行纵向布线的方法,在它们交叉的地方,用金属化孔进行连接。为降低印制板导线之间的串扰,在设计布线的时候,要避免长距离的平等走线。对于电源线的布局,电源线要尽量靠近地线,以减小供电环路的面积,可以降低电路交扰。不同电源的供电环路,要分别进行布置,不要出现相互重叠的情况,以降低相互干扰的情况。电源平面与地平面的隔离,可采用完全介质。电源平面要布置在接地平面下面,这样可以屏蔽掉电源平面分布的辐射电流。对于信号线的布局,在使用单层薄膜工艺时,可以采用简便适用的方法:首先,布好地线,然后,将关键信号靠近地回路布置,最后,进行其它电路的布线。信号线的布置方向,要根据电路板信号的流向,进行顺序的安排,确保信号的走向顺畅自然。

2.2优化电子工程印制电路板的尺寸与器件的布置

对于印制电路板的尺寸,大小要适中,否则容易受到附近线路的干扰。在器件布置方面,对于相互之间有关联的器件,要尽量靠近布置。对于易产生噪声的器件,布置时要远离逻辑电路,这样抗噪声效果比较好。对于时钟电路、高频电路等,这些主要的辐射源,要单独进行安排,使之远离敏感电路。对于高频元器件,要缩短连线,以降低相互间的电磁干扰。对于易受干扰的元器件,由于对电子干扰比较敏感,他们之间要布置的远一些,不能离得太近,输入、输出的导线,都要尽可能地远离。震荡器的布置,要靠近使用时钟芯片,它们都远离信号接口,以及低电平信号芯片。元器件的排列,要按照一定的顺序进行,可与基片的一边平行或垂直,不能杂乱无章。对于时钟线路的布局,要采用星型结构,即:所有的时钟负载,直接与时钟功率驱动器连接;所有连接晶振输入/输出端的导带,要在条件允许的情况下尽可能短一些,以减小噪声的干扰,降低分布电容对晶振的不良影响。

2.3降低电子工程电路的电磁敏感性

降低电路的电磁敏感性,可以提高集成电路的抗干扰能力,第一,可采用差分电路,使电路的版图设计优化,电路分布匀称,避免整流现象产生。第二,通过滤波,限制敏感器件的频率范围。第三,采用安装施密特触发器的办法,来降低电磁敏感性。第四,采取高共模抑制比和电源抑制比的方法,避免电路受到整流干扰。第五,采用保护器件,将高于电磁兼容性的电平部分消灭。第六,可采用异步电路,增加片上电容的办法,降低电子工程电路的电磁敏感性。

2.4降低集成电路的电磁发射

集成电路的电磁发射效应,与电磁组件封装、开关门数、I/O口,以及数字同步模块等都有关,因此,要从这些方面出发,降低集成电路的电磁发射,最重要的就是控制供电线路的阻抗。可以采用减小寄生电感的办法,或者选用合适的电源,还可以采用以下方法:第一,在封装的过程中,直接选用电磁吸收材料,例如,可以选用铁氧体;第二,把核心电路模块与I/O口分开,进行分别布置,在电源线上,可以采用增加小串联电阻的方法;第三,可以采用异步设计的方法,通过控制信号的波形,或者拓展频谱,来降低电路的电磁发射,也可以在电子工程的核心模块上,采用异步设计的方法;第四,对电子工程外部和芯片的版图,进行优化设计。例如,在电路的外部,或芯片上,采用双绞线的办法,可以降低差分输出信号的电磁发射,减小电子工程的电磁辐射。

2.5屏蔽

屏蔽,是提高电子设备电磁兼容性的一项重要措施,可以有效地抑制通过空间传播的各种干扰,不但可阻止或减少电子设备内部的辐射电磁能对外的传输,而且可以阻止或减少外部辐射电磁能对电子设备的影响。屏蔽的分类,按机理可分为磁场屏蔽、电场屏蔽、电磁屏蔽,磁屏蔽是电子工程屏蔽的重点。磁屏蔽时,磁屏蔽体要选用高磁导率的铁磁性材料,同时要远离有磁性的元件。被屏蔽物与屏蔽体的内壁,要留有适当的间隙,以防止发生磁短路的情况。可适当增加屏蔽体壁的厚度,乳沟单层屏蔽体的屏蔽效果不好,可采用双层屏蔽,或多层屏蔽的办法,来防止磁饱和。屏蔽体上边的开孔,要注意开孔的方向,应使屏蔽体的接缝与孔洞的长边,与磁场分布的方向平行。屏蔽体可以不接地,但是,为了避免电场感应,还是接地比较好。电场屏蔽到时候,要选择高导电性能的材料,同时要正确选择接地点,屏蔽体直接接地是最好的。综上所述,要最大限度地降低电磁干扰的影响,就要对电磁干扰产生的原因进行分析,并采取相应的抗干扰措施,才能提高电子工程的电磁兼容性,保障电子工程设备的正常运行。

作者:李彦林 单位:甘肃林业职业技术学院

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