單片機的EMC測試及故障排除

3 電磁兼容性新器件新材料的應(yīng)用

3.1 電源線濾波器

電源線濾波器安裝在電源線與電子設(shè)備之間，用于擬制電能傳輸中寄生的電磁干擾，對提高設(shè)備的可靠性有重要作用。濾波器允許一些頻率通過，而對其它頻率的成份加以擬制。根據(jù)干擾源的特性、頻率范圍、電壓和阻抗等參數(shù)及負載特性的要求，適當(dāng)選擇濾波器。

3.2 信號阻隔變壓器

脈沖型（數(shù)字或晶閘管門驅(qū)動）或模擬隔離式變壓器與交流電源中使用的隔離變壓器與交流電源中使用的隔離變壓器的原理相同，但傳輸頻帶卻完全不同，有用信號處理對變壓器的一些性能要求（例如失真、3dB帶寬、損耗、對稱性、阻抗、脈沖延時等）非常嚴格。這種變壓器屬于寬帶設(shè)備，最高頻率與最低頻率的比值fMAX/fMIN達到數(shù)十倍。通過在發(fā)送端或接收端切斷共模地環(huán)路，隔離變壓器在不改變差模信號的同時擬制共模噪聲。由于共模電壓是加在變壓器一次側(cè)、二次側(cè)的兩邊，這種隔離器必須具有較高的擊穿電壓：典型值為1.5kV，某些場合則高達10kV。

信號變壓器的主要優(yōu)點是它的簡單、耐用、持久和線性，而且價格適中。當(dāng)頻率增加時，其電磁兼容性能下降。

應(yīng)用場合：

*當(dāng)需要環(huán)路隔離時，其頻率范圍從直流到幾十MHz；

*在低噪聲和低失真條件下傳輸模擬小信號（≤10mV）時，信號線上可能存在幾V至幾kV的共模電壓；

*在晶閘管應(yīng)用電路中，將觸發(fā)器驅(qū)動電路與共模電壓隔離；

*作為一個現(xiàn)場解決方案，可用來切斷一個地環(huán)路和搭建一個平衡連接或非平衡連接傳輸線路。

3.3 電源隔離變壓器、電源穩(wěn)壓器和不間斷電源

（1）電源隔離變壓器

普通的隔離變壓器可以在低頻范圍切斷主電源線的接地環(huán)路。當(dāng)頻率升高時，電氣隔離由于一次側(cè)間寄存電容C1-2的存在而下降。為了減少寄生電容的影響，可以使用落系、螺旋狀、分立式的一次和二次繞組，這樣可以將寄生電容減小為原為的1/3～/10。

（2）法拉第屏蔽變壓器

在一次和二次線圈之間包著一層鋁箔或銅箔，并使之不與線圈接觸以免形成短路。法拉第屏蔽或靜電屏蔽層接地。應(yīng)用范圍如下：

*應(yīng)用于入室電源或電源分配箱上，作為簡單1：1的隔離變壓器，隔離50/60Hz的地環(huán)路；

*在同一系統(tǒng)中的某一部分重新產(chǎn)生對地保持中性的交流電源，與總電源分配點保持電氣隔離；

*應(yīng)用于當(dāng)系統(tǒng)中存在很大的對地漏電電流時，防止過渡頻繁觸發(fā)系統(tǒng)中的接地故障檢測器；

*可以與電源線濾波器結(jié)合使用，電源線濾波器的衰減特性僅開始于幾十或幾百kHz以上。

3.4 暫態(tài)抑制器

變阻器和固態(tài)變阻器（transzorbs）是具有非線性V-I特性曲線的元件，可以作為穩(wěn)壓元件。當(dāng)電壓通過該器件后就被箝位在等于或大于擊穿電壓VBR的電壓值上。該器件的響應(yīng)速度快，但在處理的能量值上有一定限制。

3.5 搭接、接地連續(xù)性和減少RF阻抗器件

①接地編織層或金屬帶寬而扁的導(dǎo)線比同樣橫截而積的圓導(dǎo)線具有較小的電感。作為優(yōu)先的選擇參考，可以使用：

*扁平金屬帶；

*帶有扁平接地端子的扁平編織層；

*圓形、多股絞線的跳線。

②印制電路板（PCB）接地墊片。為了建立一個更直接的低阻擾電磁干擾電流接收器，需要使用接地墊片。通常在樹脂型墊片中間有一個彈簧夾，用以在一邊的OV銅板上和加一邊PCB的安裝底盤上提供較強的可靠壓力。由于彈簧是銅錫材料制成的，電氣接觸性能良好，接觸電阻為mΩ數(shù)量級。

③金屬電費線槽及其肥共的金屬編織層。金屬電纜托架、公共導(dǎo)線和金屬編織層的作用是傳輸幾個相互連接的設(shè)備之間的部分接地EMI環(huán)流?？梢园阉醋魇遣煌妆P或地線之間的共模短路通道，但實際上除了直流或交流50/60Hz，這種方法不能應(yīng)用于較長的距離；可用于計算機室、工廠車間或其它有許多非屏蔽電費的大型場地，不可能或很難將它們換成屏蔽電費或裝入管道。

④地阻抗減小，墊高的金屬底板接地襯墊。為了減少傳導(dǎo)瞬態(tài)干擾的輸入和周圍環(huán)境射頻場對系統(tǒng)的影響，可以通過設(shè)置室內(nèi)參考接地板或接地網(wǎng)絡(luò)加以改善。通過這種方法，可以很容易地在高達幾百MHz的頻率上達到20dB的改善，也可以減少在同一個房間里的不同設(shè)備之間的地電位偏差。

另一種技術(shù)：在室內(nèi)，建議安裝抬高的金屬底板（RMF），利用地磚的筋條作為接地參考柵格；把把塑料減震墊片換成導(dǎo)電減震墊片，就可以建立很好的、持久的電氣連接。

②臨時接地板。這種后各解決方案最初是IBM公司的安裝規(guī)劃工程師們使用的，即安裝一塊銅板或電鍍鋼板。對于那些沒有“實際地”的場合，由于臨時接地板與建筑特結(jié)構(gòu)之間有較大的電容（300～1000pF），這給電磁干擾濾波器、瞬態(tài)保護器和隔離變壓器的法拉第屏蔽層提供了有較的吸收裝置。在高頻端，這種虛地比長的、綠的或黃綠的接地導(dǎo)線更有效。

結(jié)語

在實際EMC測試應(yīng)用中，除了通過標(biāo)準資格實驗室的鑒定測試以外，還有兩種可行的方法也是被業(yè)界所認可的：TCF（Technical Construction File）和Self Ceritification(自檢證明)。抗干擾能力測試是十分實用的測試項目。實現(xiàn)電磁兼容的最好辦法是，將所有的數(shù)字及模擬電路均視為對高頻信號響應(yīng)的電路，用高頻設(shè)計方法來處理電費屏蔽、PCB布線和共模濾波。采用整塊地平面和電源面也很重要，對模擬電路也該如此，這樣做有利于限制高頻共模環(huán)環(huán)。大多數(shù)瞬態(tài)干擾均屬高頻，并產(chǎn)生很強的輻射能量。