EMC中的滤波电路

EMC中的滤波电路V20130308广州致远电子EMC中的滤波电路1、滤波的概念与作用2、滤波器的分类目的意义组成元件信号频率2、滤波器的分类3、滤波电路与应用4、误区与注意事项信号特征电路结构电源滤波信号滤波广州致远电子EMC中的滤波电路1、滤波的概念与作用2、滤波器的分类2、滤波器的分类3、滤波电路与应用4、误区与注意事项广州致远电子概念所谓滤波是指让某个频率范围里的信号通过，而阻止其它频率信号通过。即，将信号中特定波段频率的信号滤除。EMC中的滤波电路—滤波的概念和作用滤波图1高频噪声滤除示意图广州致远电子作用滤波的主要作用是让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的抑制。实际上滤波效果不可能为100%，滤波器对无用信号的抑制或衰减程度越大，滤波效果越好。EMC中的滤波电路—滤波的概念和作用效果越好。滤波是双向的，包括抑制外部信号对设备的干扰和抑制产品内部产生的噪声干扰外部设备。耦合去耦网络就是一个滤波器，如右图用于传导骚扰测试的LISN。图2线性阻抗稳定网络（LISN）广州致远电子造成干扰的三要素：干扰源，传播路径，敏感终端。抑制干扰的方法：降低干扰源，切断传播路径，提高敏感终端抗干扰能力。EMC中的滤波电路—滤波的概念和作用滤波、屏蔽图3干扰的三要素与滤波广州致远电子EMC中的滤波电路1、滤波的概念与作用2、滤波器的分类2、滤波器的分类3、滤波电路与应用4、误区与注意事项广州致远电子按组成元件分类：无源滤波器、有源滤波器。a)无源滤波器仅由无源器件(R、L和C)组成，利用电容和电感的电抗随频率变化的原理。优点：电路比较简单，不需要直流电源供电，可靠性高；缺点：通带内的信号有能量损耗，负载效应比较明显，体积和重量都比较大，在低频域不适用。EMC中的滤波电路—滤波器的分类域不适用。图4无源滤波器广州致远电子b)有源滤波器由无源元件(一般用R和C)和有源器件(如集成运算放大器）组成。优点：通带内的信号不仅没有能量损耗，而且还可以放大，负载效应不明显，可级联的构成高阶滤波器，并且滤波器的体积小、重量轻；缺点：受有源器件(如集成运放）的带宽限制，需直流电源供电，可靠性低，不用于高压、大电流环境中。广泛应用于音频处理、工业测控等领域。EMC中的滤波电路—滤波器的分类有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器图6图5所示滤波器的幅频曲线图5有源滤波器原理图广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波器的分类按信号频率分类：低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）和带阻滤波器（BSF）。图7理想滤波器的幅频曲线广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波器的分类图8实际滤波器的幅频曲线广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波器的分类按电路结构分类：电容输入式（电容器C接在最前面）、电感输入式（电感器L接在最前面）。图9滤波器的电路结构示意图广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波器的分类源阻抗（Zs）电路结构负载阻抗（ZL）高π高表1滤波结器结构对应的源、终端阻抗高Γ低低反Γ高低T低电容与高阻抗并联电感与低阻抗串联广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波器的分类按信号特性分类：共模滤波器、差模滤波器。a)共模滤波器滤除位于电源线或信号线与大地之间的噪声。b)差模滤波器滤除位于电源线之间、信号线之间的噪声。差模共模滤除位于电源线之间、信号线之间的噪声。图10共模、差模噪声示意图广州致远电子EMC中的滤波电路1、滤波的概念与作用2、滤波器的分类2、滤波器的分类3、滤波电路与应用4、误区与注意事项广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波电路与应用电源滤波开关电源线性电源信号滤波线性电源时钟信号接口电路复位信号广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波电路与应用电源滤波信号滤波广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波电路与应用a)开关电源的优、缺点优点：开关电源体积小、效率高等。缺点：存在EMI问题，增加了产品的设计难度。b)电源方案的选择对于低压小功率，效率无严格要求的供电，选择线性电源；对于输入、输出电压差较大，功率高，效率有严格要求的供电，选择开关电源；对于多种供电规格的系统，可考虑选择开关电源与线性电源的组合方案，如图11。电源还必须具备一定的抗干扰能力。图11开关电源与线性的组合方案广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波电路与应用c)开关电源的噪声抑制图12反激式开关电源原理图广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波电路与应用d)电源滤波器的双向性抑制来自外部的干扰和衰减系统内部产生的噪声。图13电源滤波器的双向性示意图广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波电路与应用电源负载FUSEe)电源接口滤波电路差模电容电源负载共模电感共模电容图14电源接口滤波电路VDR广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波电路与应用LK约为LCM的0.5%~1%共模等效电路差模等效电路CY21图15电源接口等效电路广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波电路与应用图16开关电源的差模与共模干扰示意图广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波电路与应用元件参数选择其它要求图片FUSEUL：In=Ir/0.75ICE：In=IrIn：保险丝额定电流Ir：电路工作电流额定电压大于电路工作电压，实际保险丝的选取需考虑浪涌和工作温度。满足认证要求。表2器件参数选择CXX2或X1类电容0.1uF、0.22uF(R4.54MΩ)0.33uF(R3.03MΩ)CX大于0.1uF，需并联放电电阻R，满足RC≤1，满足认证要求。CYY2或Y1电容2200PF、3300PF、4700PF满足安规漏电流要求（IT类为3.5mA），安规认证。MOV直流：V1mA≥2.0VDC交流：V1mA≥2.2Vrms满足认证要求（最新IT认证6KV/3KA）LCM常用电感量：1~10mH额定电流大于工作电流电流密度：6~10A/mm2广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波电路与应用输入与输出耦合输入线过长f)滤波器的安装出耦合接地不良图17滤波器错误安装示意图接地不良广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波电路与应用图18滤波器正确安装示意图广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波电路与应用g)电源接口电路布局图19电源接口电路布局示意图广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波电路与应用电源滤波信号滤波广州致远电子a)复位信号复位电路主要功能：1、必须保证系统可靠的进行复位；2、必须具有一定的抗干扰的能力。复位信号的两个指标：1、复位阈值电平；2、最小复位时间。EMC中的滤波电路—滤波电路与应用1、复位阈值电平；2、最小复位时间。复位发生的条件：复位信号电平达到复位阈值，且满足最小复位时间才会触发电路复位。复位信号的滤波方法：1、复位信号电平远离复位阈值；2、复位时间小于最小复位时间。广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波电路与应用四种复位电路(1)微分型复位电路;(2)积分型复位电路;(3)比较器型复位电路;(3)比较器型复位电路;(4)看门狗型复位电路。广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波电路与应用RCResetAB积分型复位)e-(1*RC-tABUU积分、微分复位电路及应用GNDRCResetGNDAB微分型复位工程上一般认为3RC完成过渡RC-te*ABUU图20积分、微分型复位原理广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波电路与应用RResetVCCSCResetVCCD积分型、低电平复位电路微分型、高电平复位电路放电二极管D：电源断电后，电容通过二极管D迅速放电，待电源恢复时，实现上电自动复位。SCGNDRResetGNDD图21积分、微分型复位电路的应用广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波电路与应用复位线的布局与硬件滤波复位信号走线尽可能短；远离PCB边缘和高速信号（如时钟）、通信接口信号（如CAN等）；在靠近芯片的复位管脚增加旁路电容（1~100nF）。在靠近芯片的复位管脚增加旁路电容（1~100nF）。广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波电路与应用表3BCI试验条件案例一【汽车仪表BCI试验复位】某汽车仪表，在进行BCI测试时，出现异常，表现为试验时仪表出现复位现象。试验标准ECE10.3、ISO11452-4-2005试验频率1～400MHz试验等级50mA试验方法替代法（电流钳距离组合仪表为15cm）表3BCI试验条件广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波电路与应用线束仪表BCI抗扰度试验是一种典型的共模干扰，共模电流通过电流注电流注入钳图22汽车仪表的BCI试验现场共模干扰，共模电流通过电流注入钳耦合至仪表的线束上，并经由线束传导进入仪表内部电路，造成干扰。广州致远电子经实验确认，由于复位信号(RST)出现异常，导致仪表复位。EMC中的滤波电路—滤波电路与应用图23汽车仪表电源部分原理图广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波电路与应用CAN_H、CAN_L线宽为0.3mm，RST信号线宽为0.4mm，CAN_H信号线与RST信号线线间距仅0.45mm，间距不满足3W原则（两线间距是传输线线宽W的3倍），容易产生串扰。复位线(RST)与通讯线(CAN)近距离平行走线图24复位线(RST)与通讯线(CAN)PCB图广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波电路与应用在复位线上靠近芯片的复位图25仪表PCB视图在复位线上靠近芯片的复位管脚增加旁路电容(0.1uF)后通过测试。广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波电路与应用跌落至2V（保持1S）MCU：MB96F693复位条件：2.7V/10uS增加电容后图26增加电容(0.1uF)前、后复位信号波形保持5V广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波电路与应用复位信号的软件滤波调整软件，使干扰信号持续时间低于最小复位时间。类似按键防抖动。如FPGA(A3P125)增加对复位信号的防抖程序后，静电抗扰度增加。按下抖动释放抖动图27按键抖动波形广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波电路与应用单片机系统中，当采用统一复位时，当单片机进入0000H地址后，先执行1~10ms的软件延时，然后再对这些I/O芯片进行初始化。图28统一复位示意图广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波电路与应用b)时钟信号时钟是系统的基准。晶体振荡器分为有源晶振和无源晶振。推荐使用无源晶振（在满足精度前提下）。图29晶振等效电路广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波电路与应用输入输出高频磁珠时钟电源滤波电路由磁珠及电容组成，磁珠阻断时钟芯片对电源的干扰，从而大幅降低EMI，3个不同容值的电容分别在不同频段呈现出低阻抗特性，并联后能在较大带宽内均呈现低阻抗特性。10uF输入输出高频磁珠10uF0.001uF0.1uF图30时钟电源滤波电路广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波电路与应用Output延缓时钟沿，降低辐射在满足产品功能要求的情况下，时钟边沿尽可能缓。在时钟信号的输出端串联一个电阻R，此电阻同时可以实现匹配。电容C的实现可以采用在PCB设计时预留焊盘或通过信号线的对地分布电容来控制。CR图31时钟沿延缓电路广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波电路与应用时钟信号匹配信号不匹配会导致信号来回反射，反射信号会在原来信号上叠加，产生振铃或过冲，导致较为严重的辐射。匹配后图32时钟匹配前、后波形图广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波电路与应用时钟信号串联匹配一般器件的输出阻抗为十几个欧姆，而PCB板上的走线阻抗范围为50～90欧姆，导致非常严重的失配，常采用串联电阻的方式进行匹配，电阻的选择可以在22～51欧姆之间。串联匹配电阻靠近源端放置。R晶振GND图33时钟串联匹配广州致远电子EMC中的滤波电路—滤波电路与应用晶振金属外壳接地时钟器件的金属外壳在PCB设计时需要定义为地网络属性。同时还能提高辐射抗扰度图34晶振金属外壳接地广州致远电子45.08(1)padhLhIndEMC中的滤波电路—滤波电路与应用时钟信号的PCB布线远离PCB边缘；时钟走线要短；均匀走线，尽量不要有过孔。(长度单位inch,结果nH)1212rpadDTCDD(长度单