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减轻静电放电现象影响的一些常用方法包括#xff1a; 1.绝缘 2.正确接地 3.抑制/过滤 4.电隔离…一静电ESD
静电是生活中常见的问题设备在进行EMC设计时候静电放电是不能缺少的项目静电问题直接影响到设备的使用。
减轻静电放电现象影响的一些常用方法包括 1.绝缘 2.正确接地 3.抑制/过滤 4.电隔离 5.固件 6.绝缘
下面就一个设备的问题进行分析基本概况
设备类型手持设备 设备领域工业用品 外壳类型塑料 放电点外部充电口外部通讯口外部连接口。
问题点放电后设备出现死机、花屏等显现象。 问题分析设备出现花屏和死机现象可能是由于静电引起的电路复位和异常保护。花屏一般当设备固定刷新且flash和单片机无死机情况下是可以恢复的这种在EMC静电实验是允许的当不可恢复的时候需考虑设备的内部电路是否出现了异常或者局部闩锁的现象。
死机问题就复杂了手持设备牵扯到电池供电电路内部软件控制等当静电导致关机可以重启说明硬件电路没有受到损伤后续可以进行排除法排除硬件闩锁和防护问题后可对敏感信号进行查询因为静电会导致地电平异常对于地参考电平敏感的部分控制信号需特别关注千万注意电路中软件防抖的设计。这是嵌入式工程师不可或缺的。
问题解决死机问题系电路中的敏感信号触发导致关机现象。对于常见的USB,LAN口等已经有了完备的防护电路可以从ADI,TI等获取成熟的防护方案。
二辐射发射 射发射主要测试设备在正常工作时自身对外界的辐射干扰强度按照在客户端的典型安装要求对受试设备进行布置线材要遵从规格书规定的长度和型号除了36.201.1a规定的设备外其他设备和系统应根据GB4824工业、科学和医疗ISM射频设备骚扰特性限值和测量方法进行分组、分类和测试。当高频信号如时钟高速信号线等通讯时候由于寄生电容寄生电感等参数很容易产生谐波等白盒显示状态的设备的上升和下降沿时间过长震荡过冲和下冲等都是EMI产生的主要源头还有开关电源在开关切换过程中产生的问题。
PCB布线如何避免
线长当引出线缆达到高频信号波长λ的1/20就会发生辐射发射。如100MH的信号根据波长速度关系V/fλ λ/200.15m。意味着线长需要控制在15cm,这是非常严苛的要求对于大多数设备都是无法实现的但是对于高速信号线最好按照此要求控制线长。以及后端设备接线的方式最好是使用屏蔽线缆。
布线对于高频信号布线就需要考虑PCB设计包括走线和阻抗设计等
屏蔽如何屏蔽 λ V/f 3*10^8 /500*10^6 0.6m rλ/4 r 15cm时候才能阻挡传播。所以当设备的EMI严重时候可以根据需求进行屏蔽或者使用品屏蔽材料进行屏蔽。对于PCB设计中板子边缘保持20H的原则减少电路板对外的辐射发射可以采用金属包边地包天设计减少EMI的影响。
吸收如何吸收
现阶段市面上有很多成熟的高磁导率的吸波材料可以对不同频段的有所减少但是受到温度和实际应用的限制可以在消费品中常见。
问题分析设备辐射发射超标B级别A级别符合。由于设备是手持产品无可靠接地设备内部有高频信号线如果信号完整性不好那么高频信号很容易产生高次谐波谐波分量成比例增加是引起指标超标的主要问题所以抑制信号中的高频分量非常重要设备内部特别是显示屏接地和显示屏时钟信号线是问题多发点需要在结构和电路设计中充分考虑电流回路面积尽可能小和接地良好性对应对静电放电也有很大帮助。对于部分设备还可以使用导电泡棉或者接地弹片优化接地回路进而减少设备的EMI影响。 下图是一个参考值。一般情况下在高频时候的辐射发射幅值一般都是倍数关系如250MHZ 500MHZ 750MHZ 等。可以根据频点检查设备那块存在此频点的基频当确定基频信号时候进行白盒复测使用示波器进行测试进而使用频谱分析功能进行进一步评估对于设备全的公司可使用近场探测仪器进行测试。 问题解决达到B级别测试需求
1时钟线增加磁珠可以将匹配电阻更换为有效磁珠测试或者采用阻容吸收电路在保证信号的前提下吸收高频噪声磁珠需要根据频率阻抗特征曲线选取。
2增加液晶接地的可靠性对液晶背部进行有效接地不单纯依靠FPC软线连接。
补充 对于台式带接地的设备进行发射发射整改时候也需要注意液晶接地和液晶排线的处理设备内部接地保证低阻抗对特殊对外的端口如网口和usb需在PCB设计中做处理一般情况下外部通讯地和内部电路板的地式隔离的通过电容或者电阻进行单点连接如下两个隔离地通过隔离变压器处的电容或者电阻进行连接根据实际情况一般就放电容即可。信号线和电源线在走线中需要避免一起捆扎。 液晶上的始终信号和其他通讯信号在高频情况下通过液晶排线和连接器由于液晶排线和连接器上的等效电感和回路阻抗较大对原有的信号造成干扰高频信号极易容易产生谐波分量。造成辐射发射的超标。一般液晶组件后面都有接地屏蔽面需进行有效的接地。在涉及软排线时候最好加一层地平面。 三快速脉冲群EFT 电快速脉冲群具有突发高压宽频的特征几乎可以覆盖EMS测试中除了浪涌电压跌落之外大部分频率是高频测试非常典型的代表。电快速脉冲群主要针对电源线或者信号线进行耦合的。在测试中由于寄生参数的存在高频信号耦合到线缆上会导致电路内部信号异常当干扰信号流经电路板中有生命的地方时候造成敏感信号的误触发等如敏感的kill信号reset信号sw信号pwm信号对时序要求高的信号等造成设备出现异常。
如何消除如何屏蔽 对于电源线信号线等必要的滤波电路非常重要针对电源和信号的滤波电路常有差模滤波共模滤波器等安装在机器电源入口处实现对干扰信号的就近处理对于电源的滤波器需要可靠的接设备机壳对于线缆的接地线需要就近接入机壳做可靠连接。 将可以注入干扰信号的线缆和其它线缆分开捆绑或者在PCB上单独特殊走线详细请参考《信号完整性和电源完整性分析》这本书。
手持设备如何避免 对于手持设备针对电源和信号线的快速脉冲群测试更难处理因为滤波器的体积等限制无法安装。只能依靠设备内部的滤波电路PCB布线和芯片自身的噪声抑制能力等。同时兼容软件的容错机制可以最大化的降低风险。当然手持设备是可以独立脱离电源适配器使用的可以不进行快速脉冲群的认证。
