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硬件设计实战第二篇 如何做好电磁设计

作者:machinnneee时间:2017-01-22来源:电子产品世界

  电路设计中的电磁设计是否合理,经常决定这产品能否通过相关认证和流向市场。在电磁设计中通常关注电磁兼容和电磁干扰。电磁电磁兼容(ElectromagneticCompatibility ),指在不损害信号所含信息的条件下,信号和干扰能够共存。电磁干扰(Electro Magnetic Interference EMI),指某电子设备既不干扰其它设备,同 时也不受其它设备的影响。磁兼容的目的是为了保证电器组件或装置在电磁环境中能够具有正常工作的能力,以及研究电磁波对社会生产活动和人体健康造成危害的机理和预防措施。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201701/343201.htm

  电子产品设计是一项艺术和技术的结合,同时还需要依靠各种经验和基础知识。下文介绍本人在做电路电磁设计中的十点感悟。

  第一、 重要电源输出端口位置预留设计元件位置

  现在很多芯片都具有内部电源控制单元,利用芯片的高集成度的特点添加相应的电压模块,比如常见的1.8v,1.35v等等。在设计中,研发人员为了降低产品价格,通常利用这些电源模块的电源给系统供电。如果利用这些电源给射频模块供电,那么要预留RC滤波器或者LC滤波器或者磁珠的位置,用来消除高频干扰。

  第二、 利用基础重要,位置摆放合理

  在电子产品设计中,关键元件的摆放非常重要,比如上面一条所提及的电源路径上的RC滤波器或者LC滤波器或者磁珠的位置需要特别关注。在物理学上的楞次定律(感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化)能很好的解决电源回路上电流流经电感时的电磁现象。

  第三、 回路最小,走线短小精悍

  电子电路设计中,经常提及的就是电流回路最小,元件之间的连线尽量短。之所以这么做,一方面电路回路小,电路回路产生的磁场就较小。为满足电路回路小常用的方法是电流回路尽量接近,如果功能允许,将各个功能模块尽量接近,减小走线的距离以此来减小电磁干扰。

  第四、 利用好参考设计

  牛顿大师曾经说站在巨人的肩膀上才取得了巨大的成就。现在各种芯片的供应商经常给出了参考设计用来降低研发设计中产生的风险。在参考设计中不但给出了元件的摆放位置,走线路径,铺铜形状,甚至给出了参考设计各种测量参数,这对研发来说是十分重要的助手。

  第五、 找出问题出现位置,测量出其频率

  一旦设计的产品在电磁兼容检测中出现问题,首先我们要进行电磁兼容位置的确定和路径的确定。相信各位工程师在检测电磁兼容上各有各的招数。一旦确定好电磁兼容出现的位置就要测量出其频率,通过比对板子元件和芯片的特性找到根源,利用第一条设计中预留的元件位置进行处理。

  第六、 调整元件参数

  在第一条中我们说了预留RC滤波器或者LC滤波器或者磁珠的位置,用来消除高频干扰的方法,通过更换RC或者LC或者磁珠的参数,来进行干扰的消除。从原理上说,电磁干扰的根本就是超过一定频率的干扰没有过滤掉,此时通过修改RC或者LC或者磁珠的参数来修改滤波器的截止频率,从而达到电磁兼容整改的目的。

  第七、 变换思维,更换元件

  在实际情况中,研发人员经常碰到这样的情形:PCB设计已经完成,在整改的过程中发现更改元件参数不能满足整改的要求,这个时候要变换下思路,采用更换元件的方法来达到电磁兼容整改的目的。在整改电磁兼容过程中,磁珠是一个很好的选择,通过选择合适参数的磁珠可以达到抑制噪声的目的。

  第八、 重视铺铜

  对于PCB上的地或者电源的处理,如果板子空间和叠层足够,研发工程师可以用来做如下的处理:地平面做完整的叠层,这样很大程度上减小电磁干扰。对于pcb上多电源的部分,可以采用电源分割处理,这样可以减小电流在板子上流动带来的干扰问题。

  第九、 做好隔离,避免串扰

  现在的电子系统经常出现模拟电路和数字电路结合的情况,特别是接口电路部分,射频电路部分,模块时钟信号等等,都是干扰的重要来源。在电子产品设计中,尽量做好干扰源和其他模块的隔离。一方面干扰源做好了隔离,对产品的干扰可以做更好的保护,另一方面,关键模块与干扰源分离,避免了干扰对系统系统部分的影响。

  第十、 无能为力,加上屏蔽罩

  通过以上几种方法的实现,基本上可以完成电磁兼容方面的设计,但是实际的产品设计中经常会碰到各种条件的限制,比如板子面积的影响产品不能做好很好的模块隔离,产品成本限制不能利用更多的板层设计等等,这个时候只能采用最后的法宝—屏蔽罩隔离。我们拆手机或者其他对电磁兼容要求高的产品看出,关键射频模块和cpu模块经常有金属屏蔽罩覆盖,这就是其中的奥秘。

  电磁兼容设计是一项很考验研发人员基本功的设计方法,各位研发人员通过多交流多学习,相信定能获得解决电磁兼容设计的一套方法。



关键词: EMC 硬件设计

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