电磁兼容(EMC)的设计_元器件选择和电路设计_2_Magic_Chiang的空间

(5) 二极管:二极管是最简单的半导体器件。结合它们独特的个性,一些二极管可以解决或
者改善有关EMI 的问题。表二总结了二极管的类型。


(5.1) 二极管部分应用:许多电路带有感抗,开关电流在感抗系统中会产生瞬时干扰,
二极管就是抑制这种干扰(例如瞬变电压)xxx的器件。下面举例说明。


在图8 中,控制终端开/关螺旋线圈,从螺旋线圈上引起的瞬变电压将耦合和辐射到电
路其他地方。二极管D1 就是用来箝位这种瞬变电压的。


在图9 中的二极管配置是为了抑制从高压开关那边来的瞬变电压。


图10 表示了典型的变压和整形配置电路,D2 是肖特基或齐纳二极管,用来抑制整形
后的电压瞬变。

在电机控制电路中,当电机运转时,有刷和无刷电机都可以产生轻触噪音和整流噪音,
这时候就需要抑制二极管来减小这种噪音,为了更有效的减少这种噪音,二极管应当尽可能
的放在靠近电机接触点的地方。
在电源入口电路处,需要一个TVS 管或者高压变阻器来抑制电压瞬变。
在信号接口电路处存在的一个EMI 问题是ESD, 屏蔽电缆线可以用来防护这种ESD,
也可以用TVS 或者变阻器用来保护信号线。

(6) 集成电路: 现代数字集成电路多数是基于CMOS 技术基础上制造。CMOS 器件的静
态功耗比较低,但是快速开关CMOS 器件需要从电源处有更多的瞬变功率分配。一个高速
CMOS 器件对电源的动态要求可能会超过一个类似的Bipolar 器件(TTL)。因此在这些
器件旁边需要使用去耦电容来减少对电源的瞬态需要。

(6.1) 集成电路的封装:现在,哪里有许多类型的集成电路封装。和分离器件一样,集
成电路的引线越短,EMI 问题就越少。所以表面贴的集成电路是EMC 设计更佳的选择,
因为它的低的封装寄生效应和小的回路面积。更近一步的提高是在PCB 上直接使用芯片邦
定的方法。

IC 管脚的排列方法也会影响EMC 的效能。将IC 的电源供给线放在IC 封装的中央,
可以获得从die(芯片核)到封装管脚最短的引线长度,也就具有更低的引线感应系数,接
近的VCC 和GND 管脚可以使去耦电容更容易布局和作用更明显(因为更小的回路面积)。
在集成电路中和PCB 上或者整个系统中,时钟电路是影响EMC 效能的主要因素之一。
许多从IC 而来的干扰都和时钟频率或者它的谐波分量有关。这就需要更好的电路设计和
PCB layout 技术应用在系统时钟设计中来减小这些干扰。良好的接地,充足的去耦电容和
旁路电容都可以减小这些辐射。在CLOCK 的分配上使用高阻抗的缓冲也可以减小从时钟
信号哪里来的反射和噪音干扰。
对于组合逻辑电路,时钟抖动,电力线谐波可能会在使用不同种类的逻辑器件时产生,
例如CMOS 和TTL,这主要时因为它们有不同的开关门限。为了避免这种问题,{zh0}使用
同类逻辑器件。现在多数设计者选择CMOS 器件时因为它们有一个很高的干扰极限。由于
使用CMOS 技术制造,CMOS 逻辑器件是和微控制器接口的{sx}逻辑器件。一个重要的概
念是使用CMOS 器件时,输入脚位在不使用的时候应当接地或者接到电源,因为在MCU
电路中,噪音干扰也许会使这些没有使用的输入端口变得无规律的变化,有可能使MCU 执
行不该执行的代码。

(6.2) 电压调节器: 对于典型的调节电路, 在调节器的输出近端(尽可能靠近调节器)
应该有适当的去耦电容,因为在输出和负载之间的距离会在导线上产生一个感应效应,从而
使调节器产生内部振荡。典型的,在调节器的输入/输出端各放置一个0.1UF 的去耦电容
来防止可能产生的内部振荡及滤除掉高频干扰。另外,还应当各放置一个大的旁路电容来减
小输出纹波,电容的大小使10UF/A(安培)。 如图11 所示。


(7) 线路终端(匹配法):当一个电路工作在高速模式时,源端和终端的阻抗匹配非常重要。
因为假如阻抗不匹配,可能会引起信号的反射和振荡。这种额外产生的RF 信号会辐射或者
耦合到电路的其他部分,产生EMI 的问题。终端负载会减少这种我们不希望的影响。
终端负载通过匹配源端和终端的阻抗来减小信号的反射和振荡,也可以减缓快速信号的
上升/下降沿。
这里有几种终端匹配的方法,每一种都有它的优缺点,表3 列举了所有的方法。


(7.1) 串联端接匹配/源端:如图12 表示了串联源端匹配的方法,加上源端电阻Rs是
为了实现源端Zs和传输线特性阻抗Z0 之间的匹配。它也可以吸收从负载反射回路的干扰。
Rs应当尽可能的靠近源端放置,Rs取值为: Rs= ( Z0 - Zs); Rs 一般取值在
15 ~ 75 欧姆之间。(译者注: 许多电路里面串联着33 欧姆的电阻,其实主要是为了
实现阻抗匹配,而不是限流)。


(7.2) 并联端接匹配:图13 表示了一个并联端接匹配方法。加上并联端接电阻Rp是
为了等效电阻Rp|| ZL(并联电阻值)和Z0 相匹配。但是这个方法并不适合手持设备或产品,
因为Rp的电阻值小(典型值是50 欧姆),会消耗大的电流,需要设备提供更大的电流
(100mA , @5V, 50 欧姆 )。 这种方法也加入了一个延时,延时大小为ZOL || Cd, 这
里ZOL = Rp|| ZL , 而Cd是负载的输入分流电容。


(7.3) RC 端接匹配:图14 表示了RC 端接匹配方法。同并联端接匹配类似,只不过是
多加了电容C1,电阻R 同并联端接匹配类似,使与ZO 相匹配, C1 的作用是为R 提供
驱动电流,并把RF 干扰信号过滤到地。因此RC 端接匹配方法比并行端接匹配需要更小的
源极驱动电流。 R 和C1 的取值决定于Z0 和Tpd(往返传播时间),和Cd的时间常数,
RC = 3 x Tpd; 这里R||ZL = Z0, C = C1 || Cd。


(7.4) 戴维南端接匹配:图15 表示了戴维南端接匹配。使用R1 上拉电阻和R2 下拉
电阻,可以是逻辑高低电平适合目标负载的要求。R1 和R2 的取值:R1 || R2 = Z0 。
R1 + R2 +ZL 的值要让{zd0}电流不超过源端驱动所能提供的电流。
举例来说, R1 = 220, R2 = 330, 那么Vref = R2 * VCC/ (R1 + R2) = 3V;
其中VCC 是电源电压。


(7.5) 二极管端接:图16 表示了二极管端接方法。和戴维南端接类似,只不过是将电
阻换成了二极管,仅有很低的功耗。二极管的这种接法主要是为了对从负载反射来的干扰信
号实现过压限制。二极管不影响传输线特性阻抗。肖特基二极管和快速开关二极管是这种匹
配的{zj0}选择。这种方法的好处是不需要知道传输线特性阻抗Z0 , 而且它还可以同其他端
接方法联合使用。这种端接方法一般用在MCU 内部电路中,来保护I/O 管脚。


(8) 微控制器电路:现在许多IC 厂商一直在减小芯片的尺寸(内核电路尺寸,DIE Size)来让
每片硅晶片(SILICON WAFER)可以生产更多的芯片。这样做通常影响到快速晶体管。因此,
尽管MCU 的时钟可能没有增加,但是使上升/下降时间会增加,从而引起的谐波分量的提
升使频率上升。在许多情况下,减小芯片尺寸并不会通知给用户,因此MCU 可能在一个电

路中刚开始是好的,但是在产品周期的某个时间可能发生EMC 问题。{zh0}的解决方法是在
一开始就考虑到芯片尺寸减小的可能,来设计一个稳健的电路。
许多实时应用中需要高速的MCU,设计者应当十分注意他们的电路设计和PCB
Layout 来减少潜在的EMC 问题。随着MCU 的处理能力增强,它需要的功耗就越大。将
一个电源供给电路十分靠近的放在微控制器旁边是不难办到的,再加上一个旁路电容可以减
少DC 电源对其他电路的影响。
MCU 有一个片上振荡器,需要外接一个自身用的晶振,可以避免使用从其他时钟驱动
电路来的时钟信号。这个独立的时钟使MCU 对从系统其它部分辐射来的干扰具有更高的免
疫性。MCU 通常在时钟频率处有很高的电源要求,因此,将时钟信号靠近MCU 放置会减
小这种要求。



郑重声明:资讯 【电磁兼容(EMC)的设计_元器件选择和电路设计_2_Magic_Chiang的空间】由 发布,版权归原作者及其所在单位,其原创性以及文中陈述文字和内容未经(企业库qiyeku.com)证实,请读者仅作参考,并请自行核实相关内容。若本文有侵犯到您的版权, 请你提供相关证明及申请并与我们联系(qiyeku # qq.com)或【在线投诉】,我们审核后将会尽快处理。
—— 相关资讯 ——