電源適配器印刷電路板(PCB)中的電磁兼容問題

電源適配器產(chǎn)品越來越趨向高速?寬帶?高靈敏度?高密集度和小型化,這種趨勢導(dǎo)致了MC問題更加嚴(yán)重?電源適配器PCB的電磁兼容(EMC)問題是目前電子設(shè)備設(shè)計中急待解決的技術(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題之這里所說的串音是較廣意義上的串音,不管是有用信號還是噪聲,串音均用導(dǎo)線的互容和互感來表示?當(dāng)在EMC預(yù)測和解決EMI問題時,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,與其靠近的第二條帶狀線上載有低電平信號;當(dāng)平行布線長度超過10cm時,就預(yù)期會產(chǎn)生串音干擾?當(dāng)一長電纜載入幾組串行或并行高速數(shù)據(jù)和遙控線時,串音干擾也成為主要問題?靠近的電線和電纜之間的串音是由電場通過互容?磁場通過互感引起的

  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題時,最主要的是確定電場(互容)?磁場(互感)耦合中哪個是主要的?確定哪種耦合模型主要取決于線路阻抗?頻率和其他因素?對線路阻抗,一個粗略的原則是:當(dāng)源和接收器阻抗的乘積小于3002時,耦合的主要是磁場;當(dāng)源和接收器阻抗的乘積大于10002時,耦合的主要是電場;當(dāng)源和接收器阻抗的乘積在3002~10002之間時,則磁場或電場都可能成為主要耦合,這時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(互容)耦合為主?一般來說,在高頻時電容耦合是主要的,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)測計算程序是計算機(jī)輔助電源適配器PCB設(shè)計軟件中的重要內(nèi)容,通過串音預(yù)測,可以保證電源適配器PCB上數(shù)字和模擬信號適當(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)測串音?延時和振蕩?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;共模輻射由對地的干擾(噪聲)電壓引起?目前的文獻(xiàn)中對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,所以在分析輻射問題時,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,也會產(chǎn)生相當(dāng)程度的輻射電場?個

  電磁輻射主要表現(xiàn)在對周圍的電子系統(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,傳輸帶的長度?回路面積?地線走向?整體布局等都會影響到輻射效果?除結(jié)構(gòu)原因外,還有激勵因素,比如幅值?周期?脈沖寬度?上升與下降時間?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)計將直接關(guān)系到整機(jī)電磁輻射的強(qiáng)弱?在確定的激勵狀態(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)計著手

  目前有不少文獻(xiàn)對電源適配器PCB的輻射問題進(jìn)行討論,提出電源適配器PCB輻射的簡化計算方法和測試手段?然而,由于結(jié)構(gòu)參數(shù)與激勵參數(shù)的差異,電源適配器PCB的輻射問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度小于波長和測試點(diǎn)距離的情況下才能適用?另外,對一塊電源適配器PCB來說,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?輻射源長度或面積?激勵強(qiáng)度?方位等因素有關(guān)?此外,布線結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計對降低電源適配器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

  通過改變電路設(shè)計來提高系統(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,在不久的將來會擴(kuò)展到5~40GHz?