计算机主板PCB基础上电磁兼容设计运用

发布时间:2013-07-28 10:11:43 论文编辑:ya6310
第一章 绪 论
 
 
EMC 技术是随着干扰问题的日趋严重而发展的。电磁干扰(EMI)问题,早在 19 世纪电气和电子工业发展初期,就引起了工程界的重视,随着科学技术的发展,世界上许多国家和许多组织都制定了电磁兼容的标准和规范,具有权威性和广泛影响的是 CISPR、IEC、CENLEC、MIL、FCC、GB 等标准。由于世界经济越来越趋于全球一体化,所以各国的商品在一个国家生产,在另外一个国家销售,特别是电子产品需要符合各国不同的电磁兼容法规,如美国的 FCC,欧盟的 CE,日本的 VCCI 等[2]。至此,电磁兼容设计一举成为不可或缺的保证产品可靠性的重要部分。由于我国开展 EMC 工作较晚,与先进国家差距较大,尤其是管理规范和设计规范落后很多。。1978 年,由全国科技大会后成立的一系列与 EMC 有相关的学术组织制定出符合我国产品的 EMC 标准,它被视作等同或等效采用了 IEC、CISPR 等国际组织的标准[3,4]。目前已制定国家标准及军用标准三十余个,标准要求基本等同与国际标准和美军标。我国于 2001 年 5 月 1 日正式实行 CCC 强制产品认证,对电子产品的 EMC 要求纳入国家技术法规范围[5,6]。随着电子科技的发展,大量技术含量高工作频率快、内部结构和功能复杂的电工、电子产品不断设计出来。但电磁干扰致使高频率复杂的电工、电子产品的工作性能下降,或者是根本无法正常工作,严重的甚至可造成质量事故或者设备损坏等其它无法估量的损失。电子信息业迅速发展,我国各行业对电磁兼容技术与产品的电磁兼容设计的要求越来越高。
通过介绍对电脑系统的辐射测试,通过对电脑系统的辐射测试,分析出测试 Fail 的频率来自 PS/2 键盘鼠标,USB,VGA 视频,HDMI、Audio 音频和 LAN 网络通信接口。第五章提出实际工程实验中电磁干扰的工程优化解决方案,采用滤波、去耦、接地等方法对 PS/2 键盘鼠标,USB,VGA 视频,HDMI、Audio 音频和 LAN 网络通信接口进行了工程优化整改,对单个 I/O 接口进行了电磁辐射测试验证,并且单个接口都符合标准要求。最后,通过对整个 I/O 接口的 EMI 工程优化结果验证,得到完全符合标准要求的结果。试验数据表明在高速PCB设计中运用EMC技术设计方案,能有效地降低电磁干扰,达到抑制 EMI 的目的。本文提出的高速 PCB 电磁兼容设计方案,也利于解决其他项目的 EMI 问题,达到推广的作用和经验的分享。缩短了产品的开发流程及时间,减少测试成本和 EMC 整改成本,节省了产品开发费用。际的电感滤波器除了电感参数以外,还存在寄生串联电阻 R 和并联电容 C。如图2-3 所示,其中寄生电容的影响更大。理想电感的阻抗随着频率的升高成正比增加,但是,由于匝间寄生电容的存在,实际的电感器等效电路是一个 LC 并联网络。在谐振频率以下,阻抗特性类似电感特性,在谐振频率以上,阻抗特性类似电容特性,即随着频率升高而减小。
 
 
第三章 计算机高速板 EMC 设计 ....................................11
3.1 引言 ....................................11
3.2 电路板级电磁兼容叠层设计..............................................11
3.3 电路板高速信号线 EMC 设计.......................................................... 13
3.4 时钟驱动线 EMC 设计......................................................... 14
3.5 高速电路电源 EMC 设计 ............................................................. 15
3.6 I/O 区域设计隔离与分割...................................................... 17
3.7 电路板打样前 EMC 审查设计................................................ 20
3.8 本章小结 ................................................................................ 22
第四章 EMC 测试及分析研究 ...................................................... 23
4.1 引言 ....................................................... 23
4.2 电磁兼容测试项目 ........................................................... 23
4.3 电脑系统 EMI 杂讯分析研究 ........................................... 24
第五章 计算机系统 PCB 板 EMC 整改优化 ...................................... 28
5.1 引言 .................................................................... 28
5.2 计算机主板辐射整改方法 ............................................................. 28
5.2.1 PS/2 键盘鼠标接口 EMI 抑制方法研究..................................... 28
5.2.2 USB 接口 EMI 抑制方法研究.......................................... 32
 
 
结论
本文完成了对计算机主板辐射抑制方法研究与设计,结合实际开发产品的信号完整性,可靠性和开发成本等因素,设计出完整实际可行的 EMC 整改解决方案。通过 EMC测试验证顺利完成认证,通过 EMI 验证测试,结果符合法规标准要求,最终成功应用于产品量产,实现预期的设计目标和达到较为满意的效果。在计算机主板 EMC 设计应用的研究上实现以下几项成果:1:PS/2 键盘鼠标接口 EMI 抑制方法研究: 靠近 PS/2 键盘鼠标连接器位置加两个0.1uF 和 10nF 去耦电容滤除电源部分的噪声和在信号线上加电容滤波器是有效的。2:USB 接口 EMI 抑制方法研究:USB 信号线串联一个共模扼流圈(共模电感)是有效的。3:VGA 视频接口 EMI 抑制方法研究:采用 C-L-C-L-C 双 π 型低通滤波器对 VGA视频口抑制 EMI 是有效的.4: Audio 音频接口 EMI 抑制方法研究:采用通过地疏导的方法和信号部分采用LC 滤波电路进行处理对音频口抑制 EMI 是有效的5:LAN 网络通信接口 EMI 抑制方法研究:加强接地性,在网线上绕磁环,时钟滤波处理,电源滤波处理对 LAN 网络通信接口抑制 EMI 是有效的采用图表、对比等手法,直观鲜明的提出了实际工程实验中电磁干扰的工程优化解决方案,并采用滤波、去耦、接地等方法对 PS/2 键盘鼠标,USB,VGA 视频接口,HDMI、Audio 音频和 LAN 网络通信接口进行了工程优化整改,对单个 I/O 接口进行了电磁辐射测试验证,并且单个接口都符合标准要求。最后,通过对整个 I/O 接口的 EMI 工程优化结果验证,得到完全符合标准要求的结果。试验数据表明在高速 PCB 设计中运用 EMC 技术设计方案,能有效地降低电磁干扰,达到抑制 EMI 的目的。本文提出的高速 PCB 电磁兼容设计方案,也利于解决其他项目的 EMI 问题,达到推广的作用和经验的分享。缩短了产品的开发流程及时间,减少测试成本和 EMC 整改成本,节省了产品开发费用。
 
 
参考文献
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[2] Guena A, Costa F, Labarre C. Hybird http://www.1daixie.com/dxjsjlw/ modeling techniques for multilayered printedcircuitboard in power electronics:association of electromagnetic methods. IEEE Trans onEMC, 2004, 46(4): 559~570
[3] 刘芸江, 李曼. 高速电路 PCB 板中电磁干扰的研究. 宇航计测技术. 2003, 6 第 23 卷第 3 期: 20~22
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[10] 李洪亮. 计算机电磁兼容技术的研究. 山东大学硕士论文. 2007: 22~24