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原理圖的EMC設計

1 整機原理圖設計時各功能電路要區(qū)分明確,以便于電路分析。

 

2 各部分是否盡量使用更低速的器件?(如74HC14 的Tr=Tf=6ns 而74AHC14 的Tr=Tf≤3ns,這時我們就要考慮盡量選用74HC14 而不是74AHC14.)

 

3 對DVD 機芯的干擾是否有EMI 對策,原理圖上要明確標注。

     解釋說明:DVD 機芯的干擾主要是激光頭電路本身產(chǎn)生的干擾(不同廠家的機芯干擾程度不一樣),激光頭的干擾通過較長的激光頭扁平線形成天線輻射,所以要在電路上加小電容減少扁平線的天線效應,如下圖。

 

4 DVD 機芯電源要有EMI 對策,不但要明確標注而且要注明Layout  時的放置位置。

     解釋說明:由于激光頭讀取信息時電源瞬間變化所產(chǎn)生的干擾很大。機芯電源要求就近有能提供瞬態(tài)電流的電容。如下圖虛線框內(nèi)的EMI 對策,有的機芯電路有好幾個電源,每個電源都要有電容濾波,至少要有一個102---104 的電容。

 

5 原理圖上要標注各功能塊的工作電壓,尤其是時鐘信號工作頻率要描述清楚?(如:解碼芯片、RAM 芯片、DC/DC等)

     解釋說明:原理圖上標注清楚工作電壓和信號頻率不但有利于原理圖的評審,對PCBLayout 也有很大的指導作用。

 

6 對于干擾較大的3、5 次諧波頻率在230MHz 左右的時鐘頻率能否調(diào)整?(要求F3、F5>230MHz+20MHz)

     解釋說明:因為CE 輻射測試標準里有兩個頻率段(30MHz----230MHz 和230MHz---1GHz),高段比低段要求低7dB。在EMC 整改時要降7DB 需要增加很多對策,尤其是針對LCD 屏的干擾,我們很難對屏進行處理。 如下圖有一個時鐘的諧波在225MHz 左右超標6db。如果時鐘頻率稍改大一點使其落在230MHz 以后,那么EMC 整改就容易多了。所以如果時鐘頻率能調(diào)的話,就盡量使干擾較大的頻率其3、5 次諧波大于230MHz。

 

7 對較高頻率是否有EMI 對策?如RAM 時鐘等。

     解釋說明:工作頻率比較高的時鐘信號不但其產(chǎn)生的諧波輻射很大,其本身的基波輻射也很大,所以原理圖上一定要有EMI 對策。如MTK1389 與DRAM 的工作時鐘,  頻率為108MHz/128MHz/135MHz,在原理圖上要串聯(lián)電阻和并聯(lián)電容到地。如下圖所示。

 

8 振蕩電路里晶振的輸出腳要串聯(lián)EMI 磁珠。

     解釋說明:晶振的輸出腳一般都會有諧波分量產(chǎn)生,EMI 磁珠對高頻信號存在很大的阻抗,使得時鐘信號的基波通過,高頻諧波分量被衰減,如下圖虛線框內(nèi)對策。

 

9 地址/數(shù)據(jù)線要串聯(lián)電阻。

     解釋說明:在 EMI 測試時常發(fā)現(xiàn)一些密集噪聲干擾,如下圖。密集噪聲干擾與電路中的晶振、主頻信號沒有很大關(guān)系,屬總線干擾。是因為總線匹配和布線的問題,適當調(diào)整匹配電阻,并在 layout 時有針對性地對地址/數(shù)據(jù)總線處理可有效減少總線上的干擾。見下圖。

 

10 656 信號線上要串聯(lián)匹配電阻,同時也要串聯(lián)EMI 磁珠。

     解釋說明:我們目前用的656 數(shù)字信號一般為8 位,如上面所說的數(shù)據(jù)總線會產(chǎn)生密集噪聲,需要在656 信號線上串聯(lián)匹配電阻。由于到屏的656 信號走線很長(長的PCB 走線+到屏的連接線),656 的諧波分量很容易通過長的連接線輻射,這時需要再在匹配電阻后面串聯(lián)EMI 磁珠。如下圖。最好是能夠在系統(tǒng)布局上優(yōu)先考慮,使得656 信號線盡量短。

 

11 TV 產(chǎn)品主板到液晶屏的信號連接線上要預留電阻。

     解釋說明:到液晶屏的信號速率比較高,EMI 輻射也比較嚴重。信號線上預留電阻方便EMC 整改。

 

12 各電源及支路是否作隔離和濾波處理?

      解釋說明:不同功能電路里電源所響應的dv/dt 和di/dt 都不一樣,也就是電源所受到的干擾也不一樣,為防止干擾通過電源產(chǎn)生串擾、輻射,我們要求各電源及支路都要作隔離和濾波處理。一般用電感/磁珠作隔離,用電容做濾波。如下圖點亮的5V 電源給CPU、DC/DC、TV 供電。DC/DC 大電流,CPU/TV 高頻共用5V,而5V 沒有作隔離和濾波處理。原理圖上沒有設計好,PCBLayout  也沒有改正過來。

 

13 原理圖上盡量采用統(tǒng)一地,需要地分割的電路可用磁珠隔離。

      解釋說明:原理圖采用分割地,對PCBLayout 會提出很高的要求,如果PCB 工程師不精通原理圖,不完全了解每條信號的返回路徑,地分割不合理很容易把信號的最佳返回路經(jīng)給切斷了,被切斷最佳返回路經(jīng)的信號必須要通過別的途徑返回,這樣返回信號很可能會出現(xiàn)狼入羊群、羊入狼群的不良現(xiàn)象。環(huán)路面積的增加也會使得 EMI 輻射更加嚴重。所以盡量采用統(tǒng)一地,對不同類型的地可用磁珠隔離,如下圖虛線框內(nèi)磁珠隔離了AGND 和GND。

 

14 按鍵板和遙控接收板地要與主板地在主板上用磁珠/電感隔離。

      解釋說明:因為主板上電路大多數(shù)是數(shù)字電路,數(shù)字電路的地存在很大的地彈、地脈沖等干擾信號。這些干擾信號很容易通過比較長的連接線產(chǎn)生輻射。連接線的地與主板的地用磁珠/電感隔離可有效降低這種輻射干擾,同時還能降低連接線上傳來的ESD 干擾主板電路。如下圖虛線框內(nèi)對策。

 

15 功能切換時對暫時不用的功能電路要采用電源關(guān)斷。

      解釋說明:對暫時不用的功能電路,如果電源沒有關(guān)斷,不但增加功耗,芯片工作也會產(chǎn)生EMI。如帶FM 的DVD,在DVD 狀態(tài)下FM 也在工作(只是被MUTE),這時的FM 由于沒有信號控制,F(xiàn)M 的本振和其他諧波輻射非常嚴重,直到切斷FM 電源問題才得以解決。所以建議對暫時不用的功能電路要采用電源關(guān)斷。如下圖FM 采用電源關(guān)斷。

 

16 對于不用的時鐘腳不能懸空。

     解釋說明:解碼芯片暫時不用的時鐘腳其內(nèi)部電路仍在震蕩工作,內(nèi)部的諧波信號會通過懸空腳產(chǎn)生輻射干擾,EMI 對策需要給懸空腳一個適當?shù)亩私印H鏔I8125 的93 腳像素時鐘會有很大的輻射,不能懸空,需要如下圖加一個RC 端接。其中電容C 為降低直流功耗所用。

      T101 的第35 腳也經(jīng)常懸空,這個腳的EMI 輻射也很大,需要給這個腳加一個RC 端接。如下圖虛線框內(nèi)對策。

 

17 對于其他有重要功能的懸空腳都要給適當?shù)纳侠蛳吕?span> 
      解釋說明:給懸空的I/O 口一個適當?shù)纳侠蛳吕?,可以確保I/O 口有一個固定的邏輯電平,外來干擾(如ESD)不會輕易引起I/O 口的邏輯電平發(fā)生變法,確保芯片能穩(wěn)定的工作。干擾比較大的懸空腳還可以通過下拉降低EMI。


 
18 耳機插座上左右聲道要并680p----1000P 的電容到地。耳機檢測腳要并104 電容再串10Uh 電感。 
      解釋說明:在對耳機端口進行 EMS 測試時,左右聲道上的對地電容會把干擾信號耦合到地,達到提高抗干擾的能力,ESD 測試很容易使耳機檢測腳電平發(fā)生變化,使系統(tǒng)誤判(喇叭無聲音),耳機腳并電容串電感提高耳機抗靜電的能力。如下圖虛線框內(nèi)對策。

 

19 音頻端子要并680p---1000p 電容到地。 
       解釋說明:同上面的解釋一樣也是提高抗擾度和降低EMI。如下圖虛線框內(nèi)對策。

 

20 喇叭插座端子要并680P---1000P 電容到地。 
       解釋說明:由于喇叭端子有較長的連接線,長的連接線會把主板上的emi 能量輻射出去,尤其是數(shù)字功放的干擾。有一些在喇叭線上夾磁環(huán),也是一種降低emi 的對策,如果在喇叭插座端子上并電容加上layout 合理就可以不加磁環(huán)而又降低emi。如下圖虛線框內(nèi)對策。

 

21 芯片電源是否有旁路、去耦、儲能電容?尤其是高速芯片是否有不同數(shù)量等級的電容?(濾除不同頻率段 的干擾) 
       解釋說明:芯片邏輯電平的快速變化勢必引起電源的瞬變,瞬變的電源上就會有 EMI 產(chǎn)生。給電源放置不同數(shù)量等級的電容可以濾除不同頻率段的干擾。一般要求電容相差2 個數(shù)量級,因為相差2 個數(shù)量級的電容在其諧振特性上剛好互補。如104/102,103/101。 
       另外強烈建議今后原理圖上濾波電容的放置一定要靠近芯片引腳,如下圖所示。這樣不但便于評審、閱讀,而且對 PCBLayout 也有很大的指導性,不會出現(xiàn)電容放置不合理的現(xiàn)象。這一點很重要,希望能過引起重視,寧可原理圖的紙張篇幅多幾頁,也要把原理圖整的更規(guī)范、更專業(yè)。

 

22 主要芯片的防靜電等級是多少?是否符合要求? 
       解釋說明:一個芯片的使用不但要了解芯片所能實現(xiàn)的功能,還要關(guān)注芯片的防靜電等級是多少。對于防靜電等級很低的芯片原理圖上要體現(xiàn)出來,在原理圖評審時再重點評審。


 
 
23 對達不到防靜電等級的芯片是如何處理的? 
       解釋說明:防靜電不但是 EMC 對策人員所考慮的問題,也是項目工程師和項目經(jīng)理在開發(fā)階段應重點考慮的課題。對達不到防靜電等級的芯片要有明確的處理對策,最好是更換芯片。


 
 
24 復位電路的抗干擾性能是否良好。復位電路的電解電容盡量用貼片的膽電容或者陶瓷電容。 
       解釋說明:復位電路的電解電容由于個子比較高,靜電測試時電解電容像天線一樣容易接收靜電能量,如果芯片的防靜電等級很低,那么極易引起芯片復位。再加上電解電容的等效阻抗和等效感抗都很大,不能及時把靜電泄放到地。  故復位電路的電解電容盡量用貼片的膽電容或者陶瓷電容。


 
25 復位電路的電源是否有隔離濾波措施。 
        解釋說明:在對產(chǎn)品進行 ESD 測試時,如果靜電屏蔽不能做得很好,靜電能量串入到電路里面去,電源線上就會感應到靜電,復位電路的電源如果沒有做濾波隔離措施,靜電能量就會引起芯片復位。尤其是 DVD  MT1389極容易復位,便攜式DVD 由于外殼電鍍,靜電屏蔽做得很好,靜電測試容易通過。而LCD_TV 產(chǎn)品由于系統(tǒng)復雜(連線較多)、靜電屏蔽不可能像便攜式DVD 做得那樣好,所以LCD_TV 產(chǎn)品抗靜電等級很差。在這里解釋說明了同樣的電路在便攜式DVD 里抗靜電很好,在LCD_TV 產(chǎn)品里就很差的原因(因為有人質(zhì)疑、不理解)。 
        解釋被復位的過程:如下圖復位電路,在系統(tǒng)工作正常后,CE9 正極電壓與復位電路電壓相等,當復位電源上有一串負向的ESD 脈沖信號,CE9 正極電壓就會通過D1 向負脈沖放電而引起芯片復位。當復位電源上有一串正的ESD脈沖信號,比較高的ESD 電壓會通過電阻R2 對電容EC9 充電,充電時間T=RC,如果這一充電過程還不足以使芯片復位,那么當電源上高達幾千伏的正ESD 脈沖消失時,充電后的EC9 會通過D1 放電,這一放電過程一定會引起芯片復位。所以復位電路的電源做隔離和濾波是很有必要的,如下圖虛線框內(nèi)對策,必要時可把磁珠改為10UH 的電感加強隔離。

 

 26  復位電路的地要做好隔地措施。 
         解釋說明:電容對交流信號是直通的,ESD 能量是很強的交流脈沖,如果復位電路的地線上有ESD 脈沖,那么ESD 能量會通過電容耦合到復位線上引起芯片復位。所以復位電路的地要做好隔地措施,如下圖虛線框內(nèi)串接一個磁珠到地,如果地線上的ESD 干擾很大,磁珠可考慮更換為電感。

 

27 復位電路到復位腳要串聯(lián)一個磁珠或者電感。 
       解釋說明:同樣的道理,如果 ESD 能量很大,電源和地線不能徹底隔離,這時需要在復位線路上串聯(lián)一個電感或者磁珠,如下圖虛線框。

         以上對復位電路的電源、地和復位信號的ESD 對策可以解決即使芯片抗靜電等級很低的ESD 測試出現(xiàn)的復位問題。 所以對抗靜電等級比較高的芯片可以只考慮復位信號線上的對策。


28 按鍵信號線上是否有電感、電容。 
        解釋說明:在對產(chǎn)品按鍵進行ESD 測試時,按鍵線上的靜電能量傳入到芯片I/O 口,會引起系統(tǒng)復位、死機、按鍵功能錯亂等不良現(xiàn)象。需要在按鍵線路上作隔離和濾波措施阻礙 ESD 能量進入到控制芯片內(nèi),如下圖虛線框內(nèi)串聯(lián)10UH 電感再并103—104 電容到地。

         對于動態(tài)掃描方式的按鍵電路,ESD 對策要求并小電容和串聯(lián)磁珠,因為磁珠在低頻段阻抗很低,不會破壞掃描波形。如下圖虛線框內(nèi)的對策。如果按鍵線路上的ESD 能量很強,此對策還不能解決ESD,可把100p 的電容改為壓敏電阻,封裝一樣。

 

29 其他的I/O 口如VGA、SCART 口等都要有防EMI、防靜電處理,音頻信號腳都要有并100P 左右的電容到地。 
       解釋說明:因為ESD 測試時,對所有的I/O 口都會進行測試,在電路上都要有ESD 對策。對信號頻率比較高的I/O 口不能用串電感和并電容的方式來防護ESD,這時要用上專用的ESD 器件。如下圖虛線框內(nèi)對策。

 

30 對封裝很大的I/O 口防ESD 器件盡量用分立元件。 
       解釋說明:因為防ESD 器件原則上要求靠近I/O 口,而大封裝的I/O 口空間距離比較遠,如果用集成度高的防ESD 器件會導致部分I/O 因離防ESD 器件太遠而得不到靜電保護。


 
 
31 DC/DC 電路開關(guān)波形的改善。 
        解釋說明:在DC/DC IC 的SW 腳和BST 腳串一個低于33 歐的電阻可以降低開關(guān)波形的過沖,從而降低EMI。如下圖R224。電阻大小根據(jù)信號波形(過沖情況)來調(diào)整。

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