DVD數(shù)字視盤機(jī)電磁干擾設(shè)計(jì)方案

概述：電磁干擾是電子產(chǎn)品一個(gè)不容忽視的問(wèn)題，在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該采取措施，良好的設(shè)計(jì)將減少設(shè)計(jì)時(shí)間和產(chǎn)品成本。從國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化組織對(duì)電磁干擾的要求出發(fā)，分析了數(shù)字視盤機(jī)產(chǎn)生電磁干擾的三個(gè)主要原因，由此有針對(duì)性的從開關(guān)電源、音頻／視頻輸出和PCB電路板三個(gè)方面展開討論，設(shè)計(jì)分析了抑制電磁干擾的幾種方法，并通過(guò)了EMI測(cè)試。

??? 電磁干擾(Electro Magnetic Interference，EMI)指一個(gè)電子設(shè)備不斷向它所處的環(huán)境排放超過(guò)允許范圍的干擾。為了保護(hù)環(huán)境，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化組織已制訂了若干強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，要求電子設(shè)備生產(chǎn)廠家必須將其產(chǎn)品的電磁干擾降到一定的程度。因此，從設(shè)計(jì)開始就必須注重電子設(shè)備的EMI設(shè)計(jì)，從元器件、連接器的選擇、印刷板的布局布線、接地點(diǎn)等各方面進(jìn)行綜合考慮，降低電磁干擾。本文以DVD-1000數(shù)字視盤機(jī)為例，介紹EMI設(shè)計(jì)的一點(diǎn)體會(huì)。

1 EMI設(shè)計(jì)要求
??? 對(duì)于電子產(chǎn)品的EMI要求，我國(guó)于1997年7月頒布了“GB13837-1997《聲音和電視廣播接收機(jī)及有關(guān)設(shè)備無(wú)線干擾特性限值和測(cè)量方法》標(biāo)準(zhǔn)”，該標(biāo)準(zhǔn)具體規(guī)定了五種電磁干擾的限值。
??? (1)注入電源的騷擾電壓。在9～30 kHz范圍內(nèi)，若電子設(shè)備注入電網(wǎng)的干擾電壓超過(guò)66 dBμV，干擾信號(hào)將通過(guò)電源網(wǎng)對(duì)其他設(shè)備造成嚴(yán)重干擾，從而使其他設(shè)備性能降低或無(wú)法正常工作。
??? (2)天線端騷擾電壓。當(dāng)接收設(shè)備外接公用天線或天線間非常接近時(shí)，干擾信號(hào)很容易通過(guò)分配電纜或天線間耦合造成相互干擾。
??? (3)射頻輸出器有用信號(hào)和騷擾信號(hào)電平。當(dāng)設(shè)備射頻輸出端與其他設(shè)備連接時(shí)，如果設(shè)備的射頻輸出有用信號(hào)及其諧波電平太高，產(chǎn)生的高頻諧波輻射將對(duì)臨近設(shè)備產(chǎn)生干擾。
??? (4)輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)或功率。廣播接收機(jī)的本振及其諧波、一中頻單元輻射場(chǎng)強(qiáng)不能過(guò)高，否則會(huì)污染電磁環(huán)境。
??? (5)騷擾功率。聲頻功率放大器、音視盤機(jī)等設(shè)備在頻率30 MHz以上的輻射主要是通過(guò)與其相連的電源線及其他連線向外輻射能量。當(dāng)電源線和其他連線上的騷擾功率峰值大于55 dBμV時(shí)，將影響其他設(shè)備的正常工作。

2 數(shù)字視盤機(jī)的EMI傳播機(jī)理
??? EMI的傳播主要分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。輻射干擾是指各系統(tǒng)之間的干擾，它把電子產(chǎn)品內(nèi)部所產(chǎn)生的各種頻率干擾通過(guò)引線和元器件以空間電磁波的形式向外輻射電磁場(chǎng)，從而對(duì)其他電子設(shè)備形成干擾。例如：DVD視盤機(jī)的高頻信號(hào)線、各類接插件都可能成為具有天線特性的輻射干擾源。傳導(dǎo)干擾則是系統(tǒng)內(nèi)部通過(guò)導(dǎo)電介質(zhì)以傳導(dǎo)的方式把信號(hào)耦合而形成的干擾，它一般是由于阻抗的交連(電源內(nèi)阻、地線之間的阻抗)、互感的交連(指導(dǎo)線之間)以及寄生電容的交連而引起的內(nèi)部干擾。例如：電視機(jī)的行輻射。
??? 消除或減少電磁干擾的具體方法有很多，主要有屏蔽技術(shù)、電源濾波、接地技術(shù)以及采用EMI器件。對(duì)于DVD數(shù)字視盤機(jī)，由于沒(méi)有天線和射頻輸出端口，其天線端騷擾電壓很小，大多低于30 dBμV，其主要傳播途徑有以下幾種：開關(guān)電源產(chǎn)生的脈沖電流和電壓的變化很快，形成的開關(guān)電源開關(guān)脈沖及高次諧波通過(guò)元器件和電源線向外輻射和傳導(dǎo)，產(chǎn)生電磁干擾；音頻／視頻輸出信號(hào)通過(guò)音頻／視頻信號(hào)連接線向外輻射；數(shù)字電路工作需要的各種時(shí)鐘信號(hào)及其高次諧波，如CPU芯片工作時(shí)鐘、MPEG解碼器工作時(shí)鐘、視頻同步時(shí)鐘(27 MHz，16．934 4 MHz，40．5 MHz)形成的干擾脈沖，通過(guò)元器件向外輻射。

3 EMI設(shè)計(jì)
3．1 開關(guān)電源的EMI設(shè)計(jì)
??? 開關(guān)電源是電子設(shè)備的重要組成部分。電子設(shè)備中運(yùn)行的電信號(hào)相對(duì)開關(guān)電源在幅值和能量上要小得多，這意味著開關(guān)電源通常是電子設(shè)備的最強(qiáng)干擾源。開關(guān)電源產(chǎn)生干擾的原因很多，如由于外部電網(wǎng)中負(fù)載、電壓的隨機(jī)變化造成開關(guān)電源的輸入電流含有較多的噪聲；內(nèi)部的功率開關(guān)管在截止和導(dǎo)通之間的高速切換產(chǎn)生豐富的高次諧波干擾，整流二極管反向恢復(fù)時(shí)產(chǎn)生的突變尖峰電流干擾，高速率變化的電壓和對(duì)地分布電容產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾等。在DVD數(shù)字視盤機(jī)中，為了減小開關(guān)電源的EMl干擾，采取了以下措施：
3．1．1 開關(guān)變壓器的EMI設(shè)計(jì)
??? 為減少電源電路中的干擾，首先開關(guān)變壓器采用反激式激勵(lì)方式，反激式變壓器開關(guān)電源的原理圖如圖1所示。Ui為開關(guān)電源的輸入電壓，T為高頻變壓器，SW為控制開關(guān)。由于整流二極管的存在，反激式開關(guān)電源在控制開關(guān)接通期間不向負(fù)載提供功率輸出，僅在控制開關(guān)關(guān)斷期間才把儲(chǔ)存能量轉(zhuǎn)化為反電動(dòng)勢(shì)向負(fù)載輸出，因此，輸入電源出現(xiàn)變化時(shí)，開關(guān)電源不能立即對(duì)輸出電壓和電流產(chǎn)生反映，只有到下個(gè)工作周期中電源關(guān)斷時(shí)才起作用，即反激式開關(guān)電源輸出電壓的瞬態(tài)反應(yīng)較遲緩；同時(shí)由于儲(chǔ)能濾波電容的容量很大，使輸出電壓穩(wěn)定，減少了高頻干擾。
??? 另外，反激式電源變壓器應(yīng)注意變壓器氣隙的大小，氣隙越大變壓器的帶負(fù)載能力越強(qiáng)，但變壓器的漏感越大，在滿足帶負(fù)載能力的前提下，漏感要盡量小些，以減小漏感產(chǎn)生的干擾。同時(shí)，為了減小原、副邊的雜散電容．在變壓器的初次級(jí)之間加入一層銅層屏蔽層，切斷初次級(jí)的干擾傳播通道。
3．1．2 開關(guān)變壓器輸出濾波器設(shè)計(jì)
??? 良好的濾波技術(shù)對(duì)于開關(guān)電源的EMl具有明顯的效果。在開關(guān)變壓器輸出端接入LC共模一差模濾波和π型濾波器(如圖2所示)，來(lái)抑制開關(guān)電源中的EMI干擾。Cx為電源跨接電容，濾除共模干擾信號(hào)，常用陶瓷電容或聚脂薄膜電容，取0．22～0．47μF；Cy為旁路電容，濾除差模信號(hào)，在4 700 pF以下，電容量過(guò)大會(huì)影響設(shè)備的絕緣性能；L1是共模線圈，由兩個(gè)繞在同一個(gè)高導(dǎo)磁率磁芯上的繞組組成，感量為幾十mH。調(diào)整電感、電容，使諧振頻率與干擾頻率相近或接近干擾頻率的中心頻率。對(duì)頻率很高的電磁干擾，可以使用三端電容或穿心電容進(jìn)行濾波。
??? 另外，Cx及Cy的引線和連接地引線應(yīng)盡量短，以使接地阻抗盡量小，噪聲能經(jīng)過(guò)電容旁路到地線；濾波器盡量靠近輸入端口．避免濾波器輸入輸出發(fā)生耦合，而失去濾波作用。

3.l.3 采用MOS型開關(guān)集成電路
??? 采用STR6651 MOS型開關(guān)集成電路，它是一種多數(shù)載流子運(yùn)動(dòng)的半導(dǎo)體器件，所需要的驅(qū)動(dòng)功率小，則驅(qū)動(dòng)電路的元器件電磁輻射的能量小。另外，該開關(guān)集成電路內(nèi)含脈沖尖峰吸收電路，使得尖峰干擾大為減少。
3．2 音頻／視頻的EMI設(shè)計(jì)
3．2．1 采用具有濾波連接器的電纜
??? 在音頻／視頻設(shè)計(jì)中，最薄弱的EMI設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)為連接設(shè)備的電纜。普通屏蔽電纜是金屬編制網(wǎng)，上面的孔洞會(huì)在高頻時(shí)產(chǎn)生泄露，不能滿足對(duì)于高頻干擾的屏蔽。為此采用了帶有濾波連接器的電纜，在每個(gè)連接器的孔上面安裝了一個(gè)低通濾波器，消除了信號(hào)線上面的高頻干擾。從而減小了電纜上面的輻射。
3．2．2 在音頻／視頻輸出口串接EMI器件
??? 不同的EMI器件，其高頻衰減頻率不同，其參數(shù)選擇應(yīng)根據(jù)EMI試驗(yàn)確定。例如在DVD-1000數(shù)字視盤機(jī)中，音頻EMI的參數(shù)為：在100 MHz時(shí)，Z=(1 000±250)Ω。這樣，輸出信號(hào)的高頻能量大大減小，即高頻干擾大大減小。
3．2．3 音頻／視頻輸出的布線
??? 為降低接地電阻，消除分布電容的影響，音頻／視頻輸出RCA座采用大面積接地，其接地端和金屬外殼相連；同時(shí)加強(qiáng)對(duì)視頻D／A、音頻D／A的設(shè)計(jì)，使之輸出信號(hào)中的高頻諧波分量很小。3．3 PCB板的EMI設(shè)計(jì)
??? 在器件的布局上注意EMI設(shè)計(jì)，各功能電路以核心芯片為中心，相關(guān)元件布置在核心芯片周圍；各功能電路信號(hào)流暢，盡量減少信號(hào)回流的現(xiàn)象；干擾器件盡量遠(yuǎn)離鍵板、遙控接收板等I／O端口和連接線；各信號(hào)連接線不能跨過(guò)干擾很大的電路；合理安排復(fù)位電路、時(shí)鐘電路，要盡量靠近器件引腳；合理安排濾波電容的位置，濾波電容要盡量靠近需要濾波的器件引腳等。
??? 在PCB板布線中，模擬和數(shù)字電路一定要在其功能區(qū)域內(nèi)走線，優(yōu)先布重要器件及重要信號(hào)(時(shí)鐘／地址／數(shù)據(jù)／復(fù)位線等)以確保這些連線最短；晶體振蕩器的金屬外殼要良好接地，晶振器件下面不得走信號(hào)線；對(duì)于連接線端子、I／O端口的EMI器件一定要放置在連接線端子、I／O端口傍，且信號(hào)走線一定要先經(jīng)過(guò)EMI器件再到端子等。
3．4 DVD數(shù)字視盤機(jī)的EMI測(cè)試結(jié)果
??? DVD-1000數(shù)字視盤機(jī)經(jīng)過(guò)以上EMI設(shè)計(jì)和措施，有效地減小了高頻干擾，通過(guò)了國(guó)內(nèi)的EMI試驗(yàn)。圖3．圖4為L(zhǎng)端及N端的注入電源騷擾電壓試驗(yàn)報(bào)告。

4 結(jié) 語(yǔ)
??? DVD數(shù)字視盤機(jī)有許多潛在的輻射源，它可以干擾環(huán)境，使設(shè)計(jì)不能通過(guò)3C論證。作為設(shè)計(jì)人員，應(yīng)及早貫徹EMI的意識(shí)性，消除電磁干擾，從根本上提高產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性。