電源適配器印刷電路板(PCB)中的電磁兼容問(wèn)題

電源適配器產(chǎn)品越來(lái)越趨向高速?寬帶?高靈敏度?高密集度和小型化,這種趨勢(shì)導(dǎo)致了MC問(wèn)題更加嚴(yán)重?電源適配器PCB的電磁兼容(EMC)問(wèn)題是目前電子設(shè)備設(shè)計(jì)中急待解決的技術(shù)難題?

電源適配器PCB中帶狀線?電線?電纜間的串音和電磁耦合

  電源適配器PCB中帶狀線?電線?電纜間的串音是印刷電路板線路中存在的最難克服的問(wèn)題之這里所說(shuō)的串音是較廣意義上的串音,不管是有用信號(hào)還是噪聲,串音均用導(dǎo)線的互容和互感來(lái)表示?當(dāng)在EMC預(yù)測(cè)和解決EMI問(wèn)題時(shí),首先應(yīng)確定發(fā)射源的耦合途徑是傳導(dǎo)的?輻射的還是串音的?例如,當(dāng)電源適配器PCB上某帶狀線上載入控制和邏輯電平時(shí),與其靠近的第二條帶狀線上載有低電平信號(hào);當(dāng)平行布線長(zhǎng)度超過(guò)10cm時(shí),就預(yù)期會(huì)產(chǎn)生串音干擾?當(dāng)一長(zhǎng)電纜載入幾組串行或并行高速數(shù)據(jù)和遙控線時(shí),串音干擾也成為主要問(wèn)題?靠近的電線和電纜之間的串音是由電場(chǎng)通過(guò)互容?磁場(chǎng)通過(guò)互感引起的

  當(dāng)考慮在電源適配器PCB帶狀線?電纜中的導(dǎo)體或靠近的電線和電纜的串音問(wèn)題時(shí),最主要的是確定電場(chǎng)(互容)?磁場(chǎng)(互感)耦合中哪個(gè)是主要的?確定哪種耦合模型主要取決于線路阻抗?頻率和其他因素?對(duì)線路阻抗,一個(gè)粗略的原則是:當(dāng)源和接收器阻抗的乘積小于3002時(shí),耦合的主要是磁場(chǎng);當(dāng)源和接收器阻抗的乘積大于10002時(shí),耦合的主要是電場(chǎng);當(dāng)源和接收器阻抗的乘積在3002~10002之間時(shí),則磁場(chǎng)或電場(chǎng)都可能成為主要耦合,這時(shí)取決于線路間的配置和頻率?

  一上述標(biāo)準(zhǔn)并不適用于所有的情況?例如,在地(底)板上電源適配器PCB帶狀線之間的串音,這時(shí)電源適配器PCB上帶狀線特性阻抗可能較低,而負(fù)載和源阻抗可能較高,但串音仍以電場(chǎng)(互容)耦合為主?一般來(lái)說(shuō),在高頻時(shí)電容耦合是主要的,但如果源或接收器中之一或兩者采用屏蔽電纜并在屏蔽層兩端接地,則磁場(chǎng)耦合將是主要的?另外,低頻一般有較低的電路阻抗,則電感耦合是主要的

  串音預(yù)測(cè)計(jì)算程序是計(jì)算機(jī)輔助電源適配器PCB設(shè)計(jì)軟件中的重要內(nèi)容,通過(guò)串音預(yù)測(cè),可以保證電源適配器PCB上數(shù)字和模擬信號(hào)適當(dāng)?shù)拈g距?由Quantic實(shí)驗(yàn)室編制的程序Green lelf2TM和Eesof編制的U Wave Spick程序可預(yù)測(cè)串音?延時(shí)和振蕩?該程序可確定幾層電源適配器PCB布置的電壓和脈沖上升時(shí)間表格

  電源適配器PCB電磁輻射分兩種基本類型:差模輻射與共模輻射?差模輻射的特點(diǎn)取決于閉合環(huán)路中電流特性;共模輻射由對(duì)地的干擾(噪聲)電壓引起?目前的文獻(xiàn)中對(duì)共模輻射討論得較少但實(shí)際電源適配器PCB或電路并非都是由單根或回路軌跡組成,而且即使是并行電路軌跡的電流也并非相等,所以在分析輻射問(wèn)題時(shí),只考慮差模電流的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,必須考慮軌跡中所有電流的作用?同時(shí)因?yàn)椴钅ｋ娏鞯妮椛涫窍鄿p的,而共模電流的輻射則是相加的,所以共模電流即使比差模的電流小很多,也會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)程度的輻射電場(chǎng)?個(gè)

  電磁輻射主要表現(xiàn)在對(duì)周圍的電子系統(tǒng)構(gòu)成窄帶與寬帶干擾;另一方面造成潛在的信息泄漏問(wèn)題?影響電源適配器PCB電磁輻射的因素主要是電源適配器PCB的結(jié)構(gòu)的激勵(lì)因素,電源適配器PCB的結(jié)構(gòu)不同,其輻射效果也不同,傳輸帶的長(zhǎng)度?回路面積?地線走向?整體布局等都會(huì)影響到輻射效果?除結(jié)構(gòu)原因外,還有激勵(lì)因素,比如幅值?周期?脈沖寬度?上升與下降時(shí)間?頻率等也都是影響輻射效果及頻率特性的重要因素?顯然電源適配器PCB的布局設(shè)計(jì)將直接關(guān)系到整機(jī)電磁輻射的強(qiáng)弱?在確定的激勵(lì)狀態(tài)下,整機(jī)系統(tǒng)輻射水平的抑制和降低,必須從電源適配器PCB的輻射分析及布局的優(yōu)化設(shè)計(jì)著手

  目前有不少文獻(xiàn)對(duì)電源適配器PCB的輻射問(wèn)題進(jìn)行討論,提出電源適配器PCB輻射的簡(jiǎn)化計(jì)算方法和測(cè)試手段?然而,由于結(jié)構(gòu)參數(shù)與激勵(lì)參數(shù)的差異,電源適配器PCB的輻射問(wèn)題不可能像其他電路那樣用一種模型就可以分析解決?比如,電偶極子和磁偶極子的輻射模型只有在電路線路長(zhǎng)度小于波長(zhǎng)和測(cè)試點(diǎn)距離的情況下才能適用?另外,對(duì)一塊電源適配器PCB來(lái)說(shuō),眾多的線路和回路是潛在的輻射源?所以電源適配器PCB的整體輻射效果應(yīng)是各輻射單元輻射效果的疊加,總體輻射作用的大小主要與頻率?輻射源長(zhǎng)度或面積?激勵(lì)強(qiáng)度?方位等因素有關(guān)?此外,布線結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)對(duì)降低電源適配器PCB輻射也具有關(guān)鍵的作用分,消除輻射干擾最有效的方法是采取屏蔽,屏蔽噪聲源或屏蔽敏感電路?除屏蔽方法外,還

  通過(guò)改變電路設(shè)計(jì)來(lái)提高系統(tǒng)的抗干擾能力

  為了抑制電源適配器PCB電磁輻射,除了采用相應(yīng)的技術(shù)措施外, CISPR?CENELEC?FCC和VDE等國(guó)際組織先后頒布了有關(guān)數(shù)字電子設(shè)備電磁輻射的約束規(guī)范?目前輻射標(biāo)準(zhǔn)覆蓋的頻率為30MHz~1GHz,在不久的將來(lái)會(huì)擴(kuò)展到5~40GHz?