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1、为什么要对产品做电磁兼容设计?答:满足产品功能要求、减少调试时间,使产品满足电磁兼容标准的要求, 使产品不会对系统中的其它设备产生电磁干扰。2、对产品做电磁兼容设计可以从哪几个方面进行?答:电路设计(包括器件选择)、软件设计、线路板设计、屏蔽结构、信 号线/电源线滤波、电路的接地方式设计。3、在电磁兼容领域,为什么总是用分贝(dB)的单位描述?答:因为要描述的幅度和频率范围都很宽,在图形上用对数坐标更容易表 示,而 dB 就是用对数表示时的单位。4、 关于 EMC,我了解的不多,但是现在电路设计中数据传输的速率越来 越快,我在制做 PCB 板的时候,也遇到了一些 PCB 的 EMC 问题,但是觉得太 潜。我想好好在这方面学习学习,并不是随大流,大家学什么我就学什么,是 自己真的觉得 EMC 在今后的电路设计中的重要性越来越大,就像我在前面说的, 自己了解不深,不知道怎么入手,想问问,要在 EMC 方面做的比较出色,需要 有哪些基础知识,应该学习哪些基础课程。如何学习才是一条比较好的道路, 我知道任何一门学问学好都不容易,也不曾想过短期内把他搞 通,只是希望给 点建议,尽量少走一些弯路。答:关于 EMC 需要首先了解一下 EMC 方面的标准,如 EN55022(GB9254), EN55024,以及简单测试原理,另外需要了解 EMI 元器件的使用,如电容,磁 珠,差模电感,共模电感等,在 PCB 层面需要了解 PCB 的布局、层叠结构、高 速布线对 EMC 的影响以及一些规则。还有一点就是对出现 EMC 问题需要掌握一 些分析与解决思路。这些今后是作为一个硬件人员必须掌握的基本知识!5、我是一个刚涉足 PCB 设计的新手,我想向您请教一下,要想做好 PCB 设计我应该多多掌握哪方面的知识?另外,在 PCB 设计中遇到的关于安规方面 的知识一般在哪里能找到?盼望您的指点,不胜感激!答:对于 PCB 设计应该掌握: 1、熟悉与掌握相关 PCB 设计软件,如 POWERPCB/CANDENCE 等;2、了解熟悉所设计产品的具体架构,同时熟悉原理图电路知识,包含数字 与模拟知识;3、掌握 PCB 加工流程、工艺、可维护加工要求;4、掌握 PCB 板高速信号完整性、电磁兼容(EMI 与 EMS)、SI、PI 仿真设 计等相关的知识;5、 如果相关工作涉及射频,还需掌握射频知识;6、对于 PCB 设计地的按规知识主要看 GB4943 或 UL60950,一般的绝缘间 距要求通过查表可以得到!6、电磁兼容设计基本原则答:电子线路设计准则电子线路设计者往往只考虑产品的功能,而没有将 功能和电磁兼容性综合考虑,因此产品在完成其功能的同时,也产生了大量的 功能性骚扰及其它骚扰。而且,不能满足敏感度要求。电子线路的电磁兼容性 设计应从以下几方面考虑:元件选择在大多数情况下,电路的基本元件满足电磁特性的程度将决定着 功能单元和最后的设备满足电磁兼容性的程度。选择合适的电磁元件的主要准 则 包括带外特性和电路装配技术。因为是否能实现电磁兼容性往往是由远离基 频的元件响应特性来决定的。而在许多情况下,电路装配又决定着带外响应 (例如引线长 度)和不同电路元件之间互相耦合的程度。具体规则是:在高频时,和引线型电容器相比,应优先进用引线电感小的穿心电容器 或支座电容器来滤波。在必须使用引线式电容时,应考虑引线电感对滤波效率的影响。铝电解电容器可能发生几微秒的暂时性介质击穿,因而在纹波很大或有 瞬变电压的电路里,应该使用固体电容器。使用寄生电感和电容量小的电阻器。片状电阻器可用于超高频段。大电感寄生电容大,为了提高低频部分的插损,不要使用单节滤波器, 而应该使用若干小电感组成的多节滤波器。使用磁芯电感要注意饱和特性,特别要注意高电平脉冲会降低磁芯电感 的电感量和在滤波器电路中的插损。尽量使用屏蔽的继电器并使屏蔽壳体接地。选用有效地屏蔽、隔离的输入变压器。用于敏感电路的电源变压器应该有静电屏蔽,屏蔽壳体和变压器壳体都 应接地。设备内部的互连信号线必须使用屏蔽线,以防它们之间的骚扰耦合。为使每个屏蔽体都与各自的插针相连,应选用插针足够多的插头座。7、方波脉冲驱动电感传感器的问题答:1、信号测试过程中,尽量在屏蔽环境下进行,如果不便的话,至少要 屏蔽传感器和前级。2、测试过程中尽量使用差分探头,或至少要尽可能减短探头的接地线长度。 这样能减少测试误差。3、你的电路实际工作频率并不太高,可以通过布线减少振铃。为了噪声特 性更好,应当考虑共模信号的抑制问题,必要时插入共扼电抗器,同时注意整 个工作环境中的开关电源噪声,以及避免电源耦合。4、如果传感器允许,可以使用电流放大模式,这有利于提高速度,降低噪 声。模拟开关尽量放到前置放大器之后,尽管多了一路前放,但性能提高不少, 而且降低调试难度。5、如果十分介意波形,考虑额外的频率补偿。如果仅仅是数字检测,则应 当降低工作频率。总而言之,能低频则低频,能隔直则隔直。6、注意 AD 转换前的抗混叠滤波,以及软件滤波,提高数据稳定性。8、GPS 电磁干扰现象表现:尤其是 GPS 应用在 PMP 这种产品,功能是 MP4、MP3、FM 调频+GPS 导航功能的手持车载两用的 GPS 终端产品,一定得有一 个内置 GPS Antenna,这样 GPS Antenna 与 GPS 终端产品上的 MCU、SDROM、晶 振等元器件很容易产生 EMI/EMC 电磁干扰,致使 GPS Antenna 的收星能力下降 很多,几乎没办法正常定位。采取什么样的办法可以解决这样的 EMI/EMC 电磁 干扰?答:可以在上面加上 ESD FiLTEr,既有防静电又能抗电磁干扰。我们的手 机客户带 GPS 功能的就用的这个方法。做这些的厂家有泰克(瑞侃),佳邦, 韩国 ICT 等等很多。9、板子上几乎所有的重要信号线都设计成差分线对,目的在增强信号抗干 扰能力.那俺一直有很多困惑的地方: 1.是否差分信号只定义在仿真信号或数字 信号或都有定义? 2.在实际的线路图中差分线对上的网罗如滤波器,应如何分 析其频率响应,是否还是与分析一般的二端口网罗的方法一样? 3.差分线对上 承载的差分信号如何转换成一般的信号? 差分线对上的信号波形是怎样的,相 互之间的关系如何?答:1,差分信号只是使用两根信号线传输一路信号,依靠信号间电压差进 行判决的电路,既可以是模拟信号,也可以是数字信号。实际的信号都是模拟 信号,数字信号只是模拟信号用门限电平量化后的取样结果。因此差分信号对 于数字和模拟信号都可以定义。2,差分信号的频率响应,这个问题好。实际差分端口是一个四端口网络, 它存在差模和共模两种分析方式。如下图所示。在分析频率相应的时候,要分别添加同极性的共模扫频源和 互为反极性的差模扫频源。而相应端需要相应设置共模电压测试点 Vcm(V1V2)/2, 和差模电压测试点 Vdm=V1-V2。网络上有很多关于差分 信号阻抗计算和原理的文章,可以详细了解一下。3,差分信号通常进入差分驱动电路,放大后得到差分信号。最简单的就是 差分共射镜像放大器电路了,这个在一般的模拟电路教材都有介绍。下图是某 差分放大器件的 spice 电路图和输出信号波形,一般需要他们完全反相,有足 够的电压差大于差模电压门限。当然信号不可避免有共模成分,所以差分放大 器一个很重要的指标就是共模抑制比 Kcmr=Adm/Acm。10、我为单位的直流磁钢电机设计了一块调速电路,电源端以用 0.33uf+ 夏普电视机电感+0.33uf 后不理想,后用 4 只电感串在 PCB 板电源端,但在 3050MHz 之间超了 12db,该 如何处理?答:通常来讲,LC 或 PI 型滤波电路比单一的电容滤波或电感滤波效果要 好。您所谓的电源端以用 0.33uf+夏普电视机电感+0.33uf 后不理想不知道是 什么意思?是辐射超标吗?在什么频段?我猜测直流磁钢电机供电回路中,反 馈噪声幅度大,频率较低,需要感值大一点的电感滤波,同时采用多 级电容滤 波,效果会好一些。11、最近正想搞个 0-150M,增益不小于 80 DB 的宽带放大器,!请问在 EMC 方面应该注意什么问题呢?答 1:宽带放大器设计时特别要注意低噪声问题,比如要电源供给必须足 够稳定等。答 2:1. 注意输入和数出的阻抗匹配问题,比如共基输入射随输出等2. 各级的退偶问题,包括高频和低频纹波等3. 深度负反馈,以及防止自激振荡和环回自激等4. 带通滤波气的设计问题答 3:实在不好回答,看不到实际的设计,一切建议还是老生常谈:注意 EMC 的三要素,注意传导和辐射路径,注意电源分配和地弹噪声。150MHz 是模 拟信号带宽,数字信号的上升沿多快呢?如果转折频率也在 150MHz 以下,个 人认为,传导耦合,电源平面辐射将是主要考虑的因素,先做好电源的分配, 分割和去耦电路吧。80dB,增益够高的,做好前极小信号及其参考电源和 地的 隔离保护,尽量降低这个部分的电源阻抗。12、求教小功率直流永磁电机设计中 EMC 的方法和事项。生产了一款 90W 的直流永磁电机(110120V,转速 2000/分钟)EMC 一直超标,生产后先把 16 槽 改 24 槽,有做了轴绝缘,未能达标!现在又要设计生产 125W 的电机,如何处 理?答:直流永磁电机设计中 EMC 问题,主要由于电机转动中产生反电动势和 换相时引起的打火。具体分析,可以使用 RMxpert 来设计优化电机参数, Maxwell2D 来仿真 EMI 实际辐射。13、是否可用阻抗边界(ImpEDAnce)方式设定?或者用类似的分层阻抗 RLC 阻抗?又或者使用 designer 设计电路和 hfss 协同作业?答:集中电阻可以用 RLC 边界实现;如果是薄膜电阻,可以用面阻抗或阻 抗编辑实现。14、我现在在对外壳有一圈金属装饰件的机器做静电测试,测试中遇到: 接触放电 4k 时 32k 晶振没问题,空气放电 8k 停振的问题,如何处理?答:有金属的话,空气放电和接触放电效果差不多,建议你在金属支架上 喷绝缘漆试试。15、我们现在测量 PCB 电磁辐射很麻烦,采用的是频谱仪加自制的近场探 头,先不说精度的问题,光是遇到大电压的点都很头疼,生怕频谱仪受损。不 知能否通过仿真的方法解决。答:首先,EMI 的测试包括近场探头和远场的辐射测试,任何仿真工具都 不可能替代实际的测试;其次,AnSOFt 的 PCB 单板噪声和辐射仿真工具 SIwave 和任意三维结构的高频结构仿真器 HFSS 分别可以仿真单板和系统的近 场和远场辐射,以及在有限屏蔽环境下的 EMI 辐射。 仿真的有效性,取决于 你对自己设计的 EMI 问题的考虑以及相应的软件设置。例如:单板上差模还是 共模辐射,电流源还是电压源辐射等等。就我们的一些实践和经验,绝大多数 的 EMI 问题都可以通过仿真分析解决,而且与实际测试比较,效果非常好。16、听说 Ansoft 的 EMC 工具一般仿真 1GHz 以上频率的,我们板上频率 最高的时钟线是主芯片到 SDRAM 的只有 133MHz,其余大部分的频率都是 KHz 级别的。我们主要用 Hyperlynx 做的 SI/PI 设计,操作比较简单,但是现在整 板的 EMC 依旧超标,影响画面质量。另外,你们的工具和 Mentor PADS 有接口 吗?答:Ansoft 的工具可以仿真从直流到几十 GHz 以上频率的信号,只是相 对其它工具而言,1GHz 以上的有损传输线模型更加精确。据我所知, HyperLynx 主要是做 SI 和 crosstalk 的仿真,以及一点单根信号线的 EMI 辐 射分析,目前还没有 PI 分析的功能。影响单板的 EMC 的原因很多,解决信号 完整性和串扰只是解决 EMC 的其中一方面,电源平面的噪声,去耦策略,屏蔽 方式,电流分布路径等都会影响到 EMC 指标。这些都可以再 ansoft 的 SIwave 工
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