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电磁兼容EMC设计技巧1: 降低电缆上的RF噪声

      电缆就像天线一样用于无线电噪声。我在实验室看到的重要的故障模式之一是部分或全部来自连接到被测设备(DUT)的电缆的EM辐射。

      它们在将传导噪声转换为辐射噪声(即天线有多好)方面有多好,这取决于几个关键因素,包括阻抗匹配,电缆长度和噪声波长。为避免布线引起的辐射问题,确保尽可能少的无意噪声与外部和内部布线相结合非常重要。

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      如果制造商在测试实验室遇到辐射发射问题,则首先调试的方法之一通常是尽可能多地分离I / O电缆,如果违规发射消失,那么您可以逐个重新连接电缆,直到您(希望)找到罪魁祸首。请注意,如果存在多条电缆,则通常情况是每根电缆都会导致特定问题,并且在各种配置中连接/断开它们会导致看似不一致的测量结果。

这通常是由于连接/断开各种尺寸的接地回路,无论如何,在设计阶段要记住的经验法则是尽可能多地保留每条电缆的意外射频能量。

改变EMC设计规则大限度地减少布线的噪声排放:
(a)确保电缆上信号的转换速率小化
      数字信号可以包含高带宽的RF能量,带宽的上限取决于信号上升沿和下降沿的转换速率,压摆率越高,信号在更高频率下的能量就越多。从图中可以看出,1 MHz方波中包含的RF能量跨越大范围。

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      通过降低驱动器的驱动强度或通过低通滤波器传递信号,通常可以降低耦合到布线上的数字信号的压摆率,通过降低压摆率,可以大大降低耦合到信号上的RF能量,从而减少布线的辐射量。

一个好的设计规则是在通过电缆传输的每个数字信号上包含一个非填充的低通滤波器,如果您的眼图能够受到影响,那么简单且便宜的RC滤波器就能够解决,不行可以使用集成解决方案。

(b)确保所有电源,接地,屏蔽GND和静态I / O信号都是干净的
      虽然从表面上看,您认为电源和静态I / O信号等直流信号不应为布线提供大量的射频能量。然而,这些信号通常可能是电缆噪声的罪魁祸首。例如,全局复位信号通常进入PCB的多个芯片和区域。如果您不小心,此迹线可能会产生大量的RF噪声。当复位信号穿过电缆时,噪声现在可以作为电磁辐射发射,有时会引起辐射发射测试问题。

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(i)在电源和静态I / O信号上添加直插式铁氧体磁珠
      噪声抑制磁珠设计用于吸收RF能量并将其转换为热量,有成千上万的选择,所以值得花些时间仔细选择。为了过度简化复杂问题,基本上您希望铁氧体磁珠的峰值阻抗频率与电路中感知到的坏情况噪声的频率相匹配,以便将该频率的能量转化为热量。

即使您决定不将铁氧体磁珠纳入您的设计中,为它们留出空间并放置0欧姆电阻也是一个非常好的方法,如果您在EMC测试上遇到问题,可以节省昂贵且耗时的电路板重新设计。

(ii)在连接器处提供足够的电源去耦

      如果您的板载电源没有在您的开关电路所需的频谱范围内提供低阻抗RF电流源,那么它将在上游寻找它,实际上,这意味着布线上的电源信号会变得很嘈杂。嘈杂的电缆往往辐射得很好。虽然除此之外还有更多内容,但请确保板上有足够的大容量电容和PCB上的分布电容,以便在宽频谱范围内本地提供电流。

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