EMC設(shè)計中的橋接介紹及作用
在過去的幾十年的硬件設(shè)計里,這個詞對國人來說非常陌生,特別是我們50HZ、60HZ系統(tǒng)。
何謂橋接?維基百科中的解釋是關(guān)于通訊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的。橋接是指連接兩個不同系統(tǒng)之間的橋梁,英文簡稱“bridged”,這個系統(tǒng)大到宇宙空間,小到微觀空間個體。在電子領(lǐng)域更可以直接指不同的工作系統(tǒng),不同的單個器件。簡化模型如圖1。
橋接的目的是什么?是為了兩個系統(tǒng)之間產(chǎn)生物理或者電氣連接,為了傳輸特定的媒介。在電子領(lǐng)域中就特指電荷,實戰(zhàn)上是指有用信號,無用信號、各電源的傳輸?;诖耍覀儼褬蚪影磳嶋H實用分為三類:信號的橋接、電源的橋接、地的橋接。
1. 信號的橋接信號橋接主要分為直流耦合橋接和交流耦合橋接。
此定義衍生于信號的直流耦合和交流耦合的傳輸方式的定義。直流耦合就是端到端的傳輸,而交流耦合是端到端高頻成份的傳輸。此應(yīng)用可以參考信號完整性部分的設(shè)計。如圖2所示
2.電源的橋接傳統(tǒng)的硬件設(shè)計上不會采用,主要是我們EMC設(shè)計上有這個高頻回流的設(shè)計應(yīng)用。EMC設(shè)計中,為了提供最低阻抗回流路徑和最小環(huán)路面積,會采用映像參考平面的設(shè)計,如圖3所示,EMC的PCB設(shè)計中會讓大部分的信號主動參考這個平面形成回流,這里不僅是指有用信號本身,還有無形的無用信號,對有用和無用信號采用雙向控制設(shè)計。注意,對于高頻回流設(shè)計,有用信號會最終通過數(shù)字地回流,但對無用信號,他只會尋找最低阻抗路徑,所以一個完整的電源平面就會成為它的回流路徑之一。
對于穿越兩個不同直流電源平面的信號,為了保證他的回流,我們需要采用橋接設(shè)計,來實現(xiàn)高頻回流。圖4為示例。
有用信號因功能需要,必須通過數(shù)字地回流,實現(xiàn)功能上的接收采集,而對于無用信號,則不關(guān)心他是否有效識別和采集。
拋開有用信號,EMC更關(guān)心無用信號的回流,因為他不可控,處于黑暗之中,基于此,我們需要設(shè)計一條回路給他,即如圖6。
在信號正對參考平面投影附近放置一個橋接器件,基于EMC的設(shè)計考慮,電源平面橋接只能采用電容來實現(xiàn)。電容值的大小選擇是根據(jù)信號的基頻決定的,為了保證他的諧波成份有效回流,你的電容的截止頻率要小于信號頻率的基頻,原理就是讓大于信號頻率的信號從此橋接電容通過,其他的不允許通過。此位置可以保證最小的環(huán)路面積,實戰(zhàn)運用中,可能會在一組線附近放置此橋接電容,原則就是集中、就近放置。
3.地的橋接3.1模擬地與數(shù)字地之間的橋接傳統(tǒng)的硬件中都會要求模擬地與數(shù)字地之間需要嚴格分割開來,做到絕對的隔離,原理上講,是擔(dān)心數(shù)字地的背景噪聲串?dāng)_到模擬地,引起模擬量的失真,從而無法采集模擬信號,另一方面高頻信號串?dāng)_到模擬區(qū),也會引起信號的失真。基于上述的一些考慮,實際設(shè)計中大部分人都遵循這個原則。如果能嚴格避免EMC的相互串?dāng)_,那么對于模擬地是不需要過多的關(guān)心,只需要保證模擬區(qū)域絕對的獨立,獨立的電源系統(tǒng),獨立的信號處理,單一的模數(shù)信號進入數(shù)字區(qū)。如圖7所示。
數(shù)字區(qū)與模擬區(qū)通過單一的信號來連接,這一拓撲結(jié)構(gòu)在EMC實戰(zhàn)中,非常有利于我們在兩側(cè)區(qū)域做對策,注意這時候的模擬地與數(shù)字地之間的橋接都是基于原理上的應(yīng)用,比如PAI型濾波電路在兩側(cè)的運用。這時候的地橋接器件就主推磁珠,高頻曲線好,在保證有用信號的同時,能對無用信號有很大的插入損耗,在保證電流的前提下,選擇大阻抗值,比如1200Z。
3.2數(shù)字地與電源N(或者電源0點位)之間的橋接現(xiàn)代隔離式開關(guān)電源已經(jīng)應(yīng)用廣泛,通過隔離變壓器實現(xiàn)電源前后級的隔離,在高頻干擾通過之后,這種隔離線圈易飽和,即部分通過線圈間的分布電容直接流到次級,形成了通路,從而旁路了隔離效果。為了降低流干擾對后級電路的影響,從EMC角度我們需要就近提供一條高頻回流路徑,這一條路徑就是我們要設(shè)計的數(shù)字地與N之間的橋接,通常采用電容橋接。在實戰(zhàn)中,這一電容主要服務(wù)于EMC,但因為他的位置特殊,有一定的絕緣要求,所以在選型時采用高壓電容,即Y電容/安規(guī)電容。
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