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EMC设计中的桥接介绍及作用 [复制链接]

在过去的几十年的硬件设计里,这个词对国人来说非常陌生,特别是我们50HZ、60HZ系统。
何谓桥接?维基百科中的解释是关于通讯网络协议的。桥接是指连接两个不同系统之间的桥梁,英文简称“bridged”,这个系统大到宇宙空间,小到微观空间个体。在电子领域更可以直接指不同的工作系统,不同的单个器件。简化模型如图1。


 

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桥接的目的是什么?是为了两个系统之间产生物理或者电气连接,为了传输特定的媒介。在电子领域中就特指电荷,实战上是指有用信号,无用信号、各电源的传输。基于此,我们把桥接按实际实用分为三类:信号的桥接、电源的桥接、地的桥接。
1. 信号的桥接信号桥接主要分为直流耦合桥接和交流耦合桥接。
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此定义衍生于信号的直流耦合和交流耦合的传输方式的定义。直流耦合就是端到端的传输,而交流耦合是端到端高频成份的传输。此应用可以参考信号完整性部分的设计。如图2所示
2.电源的桥接传统的硬件设计上不会采用,主要是我们EMC设计上有这个高频回流的设计应用。EMC设计中,为了提供最低阻抗回流路径和最小环路面积,会采用映像参考平面的设计,如图3所示,EMC的PCB设计中会让大部分的信号主动参考这个平面形成回流,这里不仅是指有用信号本身,还有无形的无用信号,对有用和无用信号采用双向控制设计。注意,对于高频回流设计,有用信号会最终通过数字地回流,但对无用信号,他只会寻找最低阻抗路径,所以一个完整的电源平面就会成为它的回流路径之一。
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对于穿越两个不同直流电源平面的信号,为了保证他的回流,我们需要采用桥接设计,来实现高频回流。图4为示例。
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有用信号因功能需要,必须通过数字地回流,实现功能上的接收采集,而对于无用信号,则不关心他是否有效识别和采集。
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抛开有用信号,EMC更关心无用信号的回流,因为他不可控,处于黑暗之中,基于此,我们需要设计一条回路给他,即如图6。
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在信号正对参考平面投影附近放置一个桥接器件,基于EMC的设计考虑,电源平面桥接只能采用电容来实现。电容值的大小选择是根据信号的基频决定的,为了保证他的谐波成份有效回流,你的电容的截止频率要小于信号频率的基频,原理就是让大于信号频率的信号从此桥接电容通过,其他的不允许通过。此位置可以保证最小的环路面积,实战运用中,可能会在一组线附近放置此桥接电容,原则就是集中、就近放置。
3.地的桥接3.1模拟地与数字地之间的桥接传统的硬件中都会要求模拟地与数字地之间需要严格分割开来,做到绝对的隔离,原理上讲,是担心数字地的背景噪声串扰到模拟地,引起模拟量的失真,从而无法采集模拟信号,另一方面高频信号串扰到模拟区,也会引起信号的失真。基于上述的一些考虑,实际设计中大部分人都遵循这个原则。如果能严格避免EMC的相互串扰,那么对于模拟地是不需要过多的关心,只需要保证模拟区域绝对的独立,独立的电源系统,独立的信号处理,单一的模数信号进入数字区。如图7所示。
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数字区与模拟区通过单一的信号来连接,这一拓扑结构在EMC实战中,非常有利于我们在两侧区域做对策,注意这时候的模拟地与数字地之间的桥接都是基于原理上的应用,比如PAI型滤波电路在两侧的运用。这时候的地桥接器件就主推磁珠,高频曲线好,在保证有用信号的同时,能对无用信号有很大的插入损耗,在保证电流的前提下,选择大阻抗值,比如1200Z。
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3.2数字地与电源N(或者电源0点位)之间的桥接现代隔离式开关电源已经应用广泛,通过隔离变压器实现电源前后级的隔离,在高频干扰通过之后,这种隔离线圈易饱和,即部分通过线圈间的分布电容直接流到次级,形成了通路,从而旁路了隔离效果。为了降低流干扰对后级电路的影响,从EMC角度我们需要就近提供一条高频回流路径,这一条路径就是我们要设计的数字地与N之间的桥接,通常采用电容桥接。在实战中,这一电容主要服务于EMC,但因为他的位置特殊,有一定的绝缘要求,所以在选型时采用高压电容,即Y电容/安规电容。
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此帖出自电源技术论坛

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