电路EMC问题(二)

一、差模信号与共模信号

1、差模信号:

有用的信号,即真正用来传数据 / 传能量的信号;一般是由电路内部产生,且参考地在电路中。(电路中传递的非干扰信号一般就为差模信号)

2、共模信号:

不想要的信号,即不传递有效信息,此信号可能由电路内部不主动产生或者外来,且参考地不在电路中。(干扰信号,例如:静电等)

二、静电干扰

静电问题导致PCB电路板出现问题是常有的事,尤其在冬天北方干燥地区;之前主包在开发机器人时,由于疏漏拆开小米微电机接线时,一不注意就给电机静电打坏了(亏损500大洋)。

1、静电是什么

静电 = 人体 / 物体上积累的高压电,瞬间放电,电压可以瞬间(纳秒级 )达到几百伏到几万伏 ,特点是能量不大,但电压极高且上升沿非常陡,可以轻松击穿芯片、打坏接口。

2、静电带来的问题

(1)直接击穿芯片导致其永久损坏,电源与iO短路(上电直接烧)。

(2)闩锁效应(Latch-up):芯片过大电流,发热发烫、死机。

(3)电压突然抬高,导致误触发复位电路等,导致程序复位或跑飞。

3、静电入口

(1)人体接触PCB接口(如:USB、按键、网口等)

(2)空气放电(尖端、缝隙)

4、解决方案

(1)接口处放置TVS管 (USB、RS485、CAN、以太网、按键、天线座),必须靠近接口处放置 且TVS地连接外壳地/大地 (让静电一进来就被TVS泄放到外壳地/大地,不让其进入后面的电路中导致器件损坏)。

(2)敏感区域尽量不要裸露铜皮,不要靠近接口和板框外围(如:晶振、复位电路、ADC电路)。

三、TVS介绍及选择

1、TVS介绍:

TVS = Transient Voltage Suppressor,即瞬态电压抑制二极管

正常电压:不工作,绝缘 ;(电压 < 反向击穿电压:截止,不影响电路

高压尖峰(ESD、浪涌):瞬间导通 ,把电压钳位在安全值,把大电流泄放到地;(电压 > 击穿电压:瞬间导通,强行把电压拉低,保护芯片

2、TVS选择:

(1)VRWM(工作反向电压)

电路正常工作时,TVS 必须不导通

选法:VRWM > 电路正常最高电压

(2)Vcl(钳位电压)

静电打过来时,TVS 会把电压强行限制在 Vcl 这个值越小越好,芯片越安全

(3)单向、双向TVS选择

单极性 TVS (单向):只防一个方向的高压(常用于:电源、直流信号)

双极性 TVS(双向):正负高压都能防(常用于:交流、差分信号、高速接口)

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