电磁兼容电子系统设计
描述
设计良好的电子系统在其预定的电磁环境中可靠地运行。这些系统不受其电源或信号线上的电压峰值的影响;它们在强电场或强磁场下正常工作;而且系统自身的电场不会干扰附近的其他系统。在一个设计良好的系统中，接地、屏蔽和滤波的成本通常是整个系统组件成本的可忽略不计的百分比。不幸的是，许多电子系统设计得不好。对于一家公司来说，花费数百万美元和数千小时试图追踪和纠正由接地和屏蔽不当直接导致的系统故障是很正常的。本课程回顾了基本的接地、滤波和屏蔽概念，所有工程师都可以利用这些概念以尽可能低的成本确保其产品的安全性和可靠性。
如今的快速开发周期要求产品在首次进入实验室进行测试时就满足其EMC要求。电路板布局更改和其他EMC“修复”可能会显著增加产品的成本和/或延迟其开发进度。EMC要求的首次通过从电路板布局开始。印刷电路板的布局往往是影响电子系统电磁兼容性的最重要的因素。根据“设计规则”列表自动布线或布局的电路板通常在第一次通过时不满足电磁兼容性要求;使用这些电路板的产品更可能需要昂贵的修复，如电缆或屏蔽外壳上的铁氧体。花时间确保组件放置正确，过渡时间不受偶然机会影响，并优化路径，通常会导致产品在时间和预算内满足所有电磁兼容性和信号完整性要求。
许多电子系统采用混合信号板(既有模拟电路又有数字电路的板)。混合信号板要求特别注意低频电流的布线。这些电路板布局上的微小错误可能意味着一个可靠的产品和一个有严重EMC问题的产品之间的区别。
将电源和信号传输到系统或系统中各板之间的电缆是另一个关键的设计考虑因素。屏蔽电缆并不总是比非屏蔽电缆好，为正确的应用选择正确的电缆与电路板设计和布局一样重要，以确保产品具有成本效益并满足所有EMC要求。
本课程强调电子工程师可以使用的基本概念和工具，以避免电磁兼容性和信号完整性问题。完成本课程的学生将能够就EMC的电路板布局和系统设计做出良好的决策。他们还将了解用于快速审查设计的工具和技术，以便在第一个硬件构建和测试之前标记出潜在的问题。
继续教育学分:1.5 CEUs, 15 PDHs
课程大纲
第一部分-重要的基本概念
- 简介
- 电磁兼容性概述
- 耦合机制
- 信号路由与终止
- 电流路径跟踪/最小阻抗概念
- 转换时间控制
- RLC电路
- 输电线路
- 识别单板上的非故意天线
- 天线的基本要素
- 什么是好的天线
- 是什么导致天线不好
- 噪声源和耦合机制
- 集成电路作为电磁干扰的来源
- 寄生振荡与意外噪声源
- 噪声源与天线的耦合
- 差模到共模的转换
- 接地
- 地面与电流回流
- 接地结构和接地导体
- 混合信号PCB布局策略
- 管理当前返回路径
- 管理基础
- 设计的例子
- 过滤
- 插入损耗
- 一阶低通滤波器
- 二阶低通滤波器
- 寄生组件
- 屏蔽
- 电场屏蔽
- 磁场屏蔽
- 减少辐射辐射的屏蔽
- 电缆屏蔽
第2部分-高级设计和建模技术
- 直流配电与解耦
- 有效的配电策略
- 去耦电容器的选择与定位
- 低电感电容连接
- 隔离锁相环和其他敏感器件
- 关键的系统级设计注意事项
- 辐射辐射测试
- 已进行的排放测试
- 辐射磁化率
- 用于ESD和瞬态测试
- EMC合规策略
- 哪些电路或网络值得关注?
- 哪些转换时间需要控制?
- 需要跟踪哪些当前路径?
- 哪些网存在平衡不匹配(这重要吗)?
- 天线在哪里?
- ESD和瞬态电流会流向哪里?
- 最坏的情况是什么?
- 计算机建模工具
- 原理图和电路板布局工具
- 电路连接器
- 现场解决
- 全波建模工具
- 设计规则检查器
- 最大排放/耦合计算器
- 建模的例子
- 具体设计实例
- 打印机控制电路
- 无线路由器
- 电源逆变器/电机驱动器
- 其他由班级提供
- 课程总结
- 关键概念回顾
- EMC和信号完整性工程师的资源
课程讲师
Todd H. Hubing博士是克莱姆森大学电气与计算机工程荣誉教授，克莱姆森汽车电子实验室前主任。他和他在克莱姆森大学的学生们致力于开发和分析各种各样的电子产品。EMC设计规则根据您设计的是高速计算设备、低成本混合信号消费产品还是大功率工业控制而有很大差异;但EMC的基本原则在所有行业都是相同的。通过有组织地应用这些原则，可以逐个电路地检查设计，以确保满足任何特定的EMC要求。这种方法比盲目应用设计指南更有效，是Hubing博士教授的每一堂EMC设计课的主要重点。