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常用電路EMC設(shè)計攻略(一)
日期:2024-10-19 08:24
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摘要:一.常用電路的EMC設(shè)計
A.電源電路
電源電路設(shè)計中,功能性設(shè)計主要考慮溫升和紋波大小。溫升大小由結(jié)構(gòu)散熱和效率決定;輸出紋波除了采用輸出濾波外,輸出濾波電容的選取也很關(guān)鍵:大電容一般采用低ESR電容,小電容采用0.1UF和1000pF共用。電源電路設(shè)計中,電磁兼容設(shè)計是關(guān)鍵設(shè)計。主要涉及的電磁兼容設(shè)計有:傳導(dǎo)發(fā)射和浪涌。
傳導(dǎo)發(fā)射設(shè)計一般采用輸入濾波器方式。外部采購的濾波器內(nèi)部電路一般采用下列電路:
Cx1和Cx2為X電容,防止差模干擾。差模干擾大時,可增加其值進(jìn)行抑制;Cy1和Cy2為Y電容,防止共模干擾。...
一.常用電路的EMC設(shè)計
A.電源電路
電源電路設(shè)計中,功能性設(shè)計主要考慮溫升和紋波大小。溫升大小由結(jié)構(gòu)散熱和效率決定;輸出紋波除了采用輸出濾波外,輸出濾波電容的選取也很關(guān)鍵:大電容一般采用低ESR電容,小電容采用0.1UF和1000pF共用。電源電路設(shè)計中,電磁兼容設(shè)計是關(guān)鍵設(shè)計。主要涉及的電磁兼容設(shè)計有:傳導(dǎo)發(fā)射和浪涌。
傳導(dǎo)發(fā)射設(shè)計一般采用輸入濾波器方式。外部采購的濾波器內(nèi)部電路一般采用下列電路:
Cx1和Cx2為X電容,防止差模干擾。差模干擾大時,可增加其值進(jìn)行抑制;Cy1和Cy2為Y電容,防止共模干擾。共模干擾大時,可增加其值進(jìn)行抑制。需要注意的是,如自行設(shè)計濾波電路,Y電容不可設(shè)計在輸入端,也不可雙端都加Y電容。
浪涌設(shè)計一般采用壓敏電阻。差??筛鶕?jù)電源輸入耐壓選取;共模需要電源輸入耐壓和產(chǎn)品耐壓測試綜合考慮。
當(dāng)浪涌能量大時,也可考慮壓敏電阻(或TVS)與放電管組合設(shè)計。
1 電源輸入部分的EMC設(shè)計
應(yīng)遵循
①先防護(hù)后濾波;
②發(fā)射CLASS B規(guī)格要求的電源輸入端推薦兩級濾波電路,且盡量靠近輸入端;
③在電源輸入端濾波電路前和濾波電路中無采樣電路和其它分叉電路;如果一定有采樣電路,采樣電路應(yīng)額外增加了足夠的濾波電路。
原因說明:
①先防護(hù)后濾波:
**級防護(hù)器件應(yīng)在濾波器件之前,防止濾波器件在浪涌、防雷測試中損壞,或?qū)е聻V波參數(shù)偏離,**級保護(hù)器件可以放在濾波器件的后面;選擇防護(hù)器件時,還應(yīng)考慮個頭不要太大,防止濾波器件在PCB布局時距離接口太遠(yuǎn),起不到濾波效果。
CLASS B規(guī)格要求的電源輸入端推薦兩級濾波電路,且盡量靠近輸入端:
CLASSB要求比CLASS A要求小10dB,即小3倍,所以應(yīng)有兩級濾波電路;
CLASSA規(guī)格要求至少上等濾波電路;所謂上等濾波電路指包含上等共模電感的濾波電路。
③在電源輸入端濾波電路前和濾波電路中無采樣電路和其它分叉電路;如果一定有采樣電路,采樣電路應(yīng)額外增加了足夠的濾波電路:
電源采樣電路應(yīng)從濾波電路后取;
果采用電路精度很高,必須從電源輸入口進(jìn)行采樣時,必須增加額外濾波電路。
2 電源輸出部分的EMC設(shè)計
應(yīng)遵循①電源模塊輸出一定要求有濾波措施,推薦使用共模電感或差模電感;②長距離電源走線是否預(yù)留足夠電容組10uF/0.1uF或1uF/0.01uF,應(yīng)考慮PCB板每間隔187.5px放置一對。
原因說明:
①電源模塊輸出一定要求有濾波措施,推薦使用共模電感或差模電感:
用共模電感進(jìn)行濾波,防止開關(guān)電源的噪聲串到整個單板的電源、地上;
②長距離電源走線是否預(yù)留足夠電容組10uF/0.1uF或1uF/0.01uF,應(yīng)考慮PCB板每間隔187.5px放置一對:
當(dāng)電源模塊有多路電源輸出時,比如提供給通訊接口的通訊電源、地,提供給傳感器供電的12V、24V電源、地,提供給繼電器驅(qū)動用的12V電源、地,均會存在長距離走線問題,為了使電源、地之間的阻抗*小,且回路*小,應(yīng)每隔187.5px增加一對電容。
3 電源轉(zhuǎn)換芯片的EMC設(shè)計
應(yīng)遵循電源轉(zhuǎn)換芯片輸入輸出端應(yīng)并聯(lián)BULK電容和去耦電容;電容容值應(yīng)依據(jù)芯片手冊推薦,或者依據(jù)驅(qū)動能力來估算;開關(guān)轉(zhuǎn)換芯片輸出應(yīng)考慮磁珠進(jìn)行濾波。
B.接口電路
接口電路多種多樣,一般需電纜引出的接口電路需要較完備的電磁兼容設(shè)計,如CAN總線、RS485總線;其他的接口電路如RS232、USB等一般采用磁珠加TVS管設(shè)計。
1 RS485/CAN接口設(shè)計
RS485接口標(biāo)準(zhǔn)電路如下:
在具體設(shè)計中,R1/R2用自恢復(fù)保險絲,保護(hù)效果更好。一般不使用放電管;TVS管可作為預(yù)留設(shè)計(取決于驅(qū)動芯片內(nèi)部是否包含TVS管)。
需要注意的是,共模電容需設(shè)計在接口端,這樣做的原因是抑制外部的傳導(dǎo)干擾和快速脈沖群干擾,以免其對RS485數(shù)據(jù)通信產(chǎn)生擾亂。
CAN接口保護(hù)時,TVS和電容參數(shù)略有不同。
RS-485總線共模電壓范圍為-7~+12V;
CAN總線的共模電壓為-2~+7 V。
2 RS232接口設(shè)計
RS232接口標(biāo)準(zhǔn)電路如下:
485/CAN差分接口優(yōu)先選用共模電感或者磁珠進(jìn)行濾波,232接口用磁珠進(jìn)行濾波;濾波電路盡量靠近端口,磁珠或共模電感到端子間PCB走線長度小于62.5px;如防護(hù)器件過多,磁珠到端子間PCB走線長度距離大于62.5px,則應(yīng)在*靠近接口處增加Y電容或高壓電容進(jìn)行濾波,Y電容要滿足耐壓要求;如果采用屏蔽電纜,屏蔽層要接PGND;需要接出到端子的通訊地需要經(jīng)過濾波。
3 USB接口設(shè)計
USB接口標(biāo)準(zhǔn)電路如下:
體設(shè)計中,共模電感一般用磁珠代替;C1、C2共模電容為預(yù)留設(shè)計,當(dāng)USB口有輻射輸出干擾時,C1、C2可對其進(jìn)行抑制。
需要注意的是,因USB數(shù)據(jù)速率高,選用TVS時必須采用低電容的TVS管,TVS管*少能承受8KV以上的接觸靜電放電。
4 S_VIDEO接口設(shè)計
S_VIDEO接口標(biāo)準(zhǔn)電路如下:
珠電容可根據(jù)實際情況進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。
5 以太網(wǎng)接口設(shè)計
以太網(wǎng)接口標(biāo)準(zhǔn)電路如下:
當(dāng)網(wǎng)口變壓器共模抑制比較差或需要通過的標(biāo)準(zhǔn)比較嚴(yán)酷時,需要增加L1、L2共模電感;C9、C10、C11、C12為預(yù)設(shè)計,根據(jù)實際的情況增加,一般不需要增加;C2、C3為與設(shè)計,根據(jù)是實際的情況增加或調(diào)整。
C.時鐘晶體電路
時鐘晶體電路一般有兩種:無源晶體電路和有源震蕩器電路。時鐘晶體電路一般是輻射發(fā)射的干擾源。
1 無源晶體
無源晶體標(biāo)準(zhǔn)電路如下:
實際設(shè)計時,R3電阻和C3電容為預(yù)留設(shè)計。R3電阻可幫助啟震;C3電容可改善震蕩信號質(zhì)量。
2 有源震蕩器
標(biāo)準(zhǔn)電路如下:
實際設(shè)計時,C1是預(yù)留設(shè)計。C1電容可改善震蕩器輸出信號質(zhì)量。
供電磁珠一般不可缺省,其作用時防止震蕩器的高頻信號通過電源污染外部電路。
時鐘芯片電源管腳采用LC濾波電路或者PI濾波電路;晶體外殼要做接地設(shè)計;時鐘信號分叉時在分叉后每路都設(shè)置匹配電阻,匹配電阻靠近時鐘芯片;T型網(wǎng)絡(luò),或采用末端匹配。
A.電源電路
電源電路設(shè)計中,功能性設(shè)計主要考慮溫升和紋波大小。溫升大小由結(jié)構(gòu)散熱和效率決定;輸出紋波除了采用輸出濾波外,輸出濾波電容的選取也很關(guān)鍵:大電容一般采用低ESR電容,小電容采用0.1UF和1000pF共用。電源電路設(shè)計中,電磁兼容設(shè)計是關(guān)鍵設(shè)計。主要涉及的電磁兼容設(shè)計有:傳導(dǎo)發(fā)射和浪涌。
傳導(dǎo)發(fā)射設(shè)計一般采用輸入濾波器方式。外部采購的濾波器內(nèi)部電路一般采用下列電路:
Cx1和Cx2為X電容,防止差模干擾。差模干擾大時,可增加其值進(jìn)行抑制;Cy1和Cy2為Y電容,防止共模干擾。共模干擾大時,可增加其值進(jìn)行抑制。需要注意的是,如自行設(shè)計濾波電路,Y電容不可設(shè)計在輸入端,也不可雙端都加Y電容。
浪涌設(shè)計一般采用壓敏電阻。差??筛鶕?jù)電源輸入耐壓選取;共模需要電源輸入耐壓和產(chǎn)品耐壓測試綜合考慮。
當(dāng)浪涌能量大時,也可考慮壓敏電阻(或TVS)與放電管組合設(shè)計。
1 電源輸入部分的EMC設(shè)計
應(yīng)遵循
①先防護(hù)后濾波;
②發(fā)射CLASS B規(guī)格要求的電源輸入端推薦兩級濾波電路,且盡量靠近輸入端;
③在電源輸入端濾波電路前和濾波電路中無采樣電路和其它分叉電路;如果一定有采樣電路,采樣電路應(yīng)額外增加了足夠的濾波電路。
原因說明:
①先防護(hù)后濾波:
**級防護(hù)器件應(yīng)在濾波器件之前,防止濾波器件在浪涌、防雷測試中損壞,或?qū)е聻V波參數(shù)偏離,**級保護(hù)器件可以放在濾波器件的后面;選擇防護(hù)器件時,還應(yīng)考慮個頭不要太大,防止濾波器件在PCB布局時距離接口太遠(yuǎn),起不到濾波效果。
CLASS B規(guī)格要求的電源輸入端推薦兩級濾波電路,且盡量靠近輸入端:
CLASSB要求比CLASS A要求小10dB,即小3倍,所以應(yīng)有兩級濾波電路;
CLASSA規(guī)格要求至少上等濾波電路;所謂上等濾波電路指包含上等共模電感的濾波電路。
③在電源輸入端濾波電路前和濾波電路中無采樣電路和其它分叉電路;如果一定有采樣電路,采樣電路應(yīng)額外增加了足夠的濾波電路:
電源采樣電路應(yīng)從濾波電路后取;
果采用電路精度很高,必須從電源輸入口進(jìn)行采樣時,必須增加額外濾波電路。
2 電源輸出部分的EMC設(shè)計
應(yīng)遵循①電源模塊輸出一定要求有濾波措施,推薦使用共模電感或差模電感;②長距離電源走線是否預(yù)留足夠電容組10uF/0.1uF或1uF/0.01uF,應(yīng)考慮PCB板每間隔187.5px放置一對。
原因說明:
①電源模塊輸出一定要求有濾波措施,推薦使用共模電感或差模電感:
用共模電感進(jìn)行濾波,防止開關(guān)電源的噪聲串到整個單板的電源、地上;
磁珠進(jìn)行濾波,防止開關(guān)電源的噪聲串到整個單板的電源、地上;
電源輸出端設(shè)計Y電容時,需斟酌,如有螺釘可使Y電容就近接地時,可考慮增加,否則不用。
②長距離電源走線是否預(yù)留足夠電容組10uF/0.1uF或1uF/0.01uF,應(yīng)考慮PCB板每間隔187.5px放置一對:
當(dāng)電源模塊有多路電源輸出時,比如提供給通訊接口的通訊電源、地,提供給傳感器供電的12V、24V電源、地,提供給繼電器驅(qū)動用的12V電源、地,均會存在長距離走線問題,為了使電源、地之間的阻抗*小,且回路*小,應(yīng)每隔187.5px增加一對電容。
3 電源轉(zhuǎn)換芯片的EMC設(shè)計
應(yīng)遵循電源轉(zhuǎn)換芯片輸入輸出端應(yīng)并聯(lián)BULK電容和去耦電容;電容容值應(yīng)依據(jù)芯片手冊推薦,或者依據(jù)驅(qū)動能力來估算;開關(guān)轉(zhuǎn)換芯片輸出應(yīng)考慮磁珠進(jìn)行濾波。
B.接口電路
接口電路多種多樣,一般需電纜引出的接口電路需要較完備的電磁兼容設(shè)計,如CAN總線、RS485總線;其他的接口電路如RS232、USB等一般采用磁珠加TVS管設(shè)計。
1 RS485/CAN接口設(shè)計
RS485接口標(biāo)準(zhǔn)電路如下:
在具體設(shè)計中,R1/R2用自恢復(fù)保險絲,保護(hù)效果更好。一般不使用放電管;TVS管可作為預(yù)留設(shè)計(取決于驅(qū)動芯片內(nèi)部是否包含TVS管)。
需要注意的是,共模電容需設(shè)計在接口端,這樣做的原因是抑制外部的傳導(dǎo)干擾和快速脈沖群干擾,以免其對RS485數(shù)據(jù)通信產(chǎn)生擾亂。
CAN接口保護(hù)時,TVS和電容參數(shù)略有不同。
RS-485總線共模電壓范圍為-7~+12V;
CAN總線的共模電壓為-2~+7 V。
2 RS232接口設(shè)計
RS232接口標(biāo)準(zhǔn)電路如下:
485/CAN差分接口優(yōu)先選用共模電感或者磁珠進(jìn)行濾波,232接口用磁珠進(jìn)行濾波;濾波電路盡量靠近端口,磁珠或共模電感到端子間PCB走線長度小于62.5px;如防護(hù)器件過多,磁珠到端子間PCB走線長度距離大于62.5px,則應(yīng)在*靠近接口處增加Y電容或高壓電容進(jìn)行濾波,Y電容要滿足耐壓要求;如果采用屏蔽電纜,屏蔽層要接PGND;需要接出到端子的通訊地需要經(jīng)過濾波。
3 USB接口設(shè)計
USB接口標(biāo)準(zhǔn)電路如下:
體設(shè)計中,共模電感一般用磁珠代替;C1、C2共模電容為預(yù)留設(shè)計,當(dāng)USB口有輻射輸出干擾時,C1、C2可對其進(jìn)行抑制。
需要注意的是,因USB數(shù)據(jù)速率高,選用TVS時必須采用低電容的TVS管,TVS管*少能承受8KV以上的接觸靜電放電。
4 S_VIDEO接口設(shè)計
S_VIDEO接口標(biāo)準(zhǔn)電路如下:
珠電容可根據(jù)實際情況進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。
5 以太網(wǎng)接口設(shè)計
以太網(wǎng)接口標(biāo)準(zhǔn)電路如下:
當(dāng)網(wǎng)口變壓器共模抑制比較差或需要通過的標(biāo)準(zhǔn)比較嚴(yán)酷時,需要增加L1、L2共模電感;C9、C10、C11、C12為預(yù)設(shè)計,根據(jù)實際的情況增加,一般不需要增加;C2、C3為與設(shè)計,根據(jù)是實際的情況增加或調(diào)整。
C.時鐘晶體電路
時鐘晶體電路一般有兩種:無源晶體電路和有源震蕩器電路。時鐘晶體電路一般是輻射發(fā)射的干擾源。
1 無源晶體
無源晶體標(biāo)準(zhǔn)電路如下:
實際設(shè)計時,R3電阻和C3電容為預(yù)留設(shè)計。R3電阻可幫助啟震;C3電容可改善震蕩信號質(zhì)量。
2 有源震蕩器
標(biāo)準(zhǔn)電路如下:
實際設(shè)計時,C1是預(yù)留設(shè)計。C1電容可改善震蕩器輸出信號質(zhì)量。
供電磁珠一般不可缺省,其作用時防止震蕩器的高頻信號通過電源污染外部電路。
時鐘芯片電源管腳采用LC濾波電路或者PI濾波電路;晶體外殼要做接地設(shè)計;時鐘信號分叉時在分叉后每路都設(shè)置匹配電阻,匹配電阻靠近時鐘芯片;T型網(wǎng)絡(luò),或采用末端匹配。