常用通信接口電路EMC設(shè)計(jì)

PAGEPAGE2常用通信接口電路EMC設(shè)計(jì)前言目前，我們公司設(shè)計(jì)師僅著眼于參考器件資料從而設(shè)計(jì)出實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的電路，這種理想化的電路模型從EMC的觀點(diǎn)來(lái)看，可以說(shuō)什么也沒(méi)有描述。因而，只有在原理圖設(shè)計(jì)當(dāng)中充分考慮到影響產(chǎn)品EMI的因素，才能設(shè)計(jì)出符合電磁兼容要求的電路來(lái)。信號(hào)接口濾波電路設(shè)計(jì)的目的是為了減小系統(tǒng)通過(guò)接口及電纜對(duì)外產(chǎn)生傳導(dǎo)與輻射干擾，同時(shí)抑制外界輻射和傳導(dǎo)噪聲（主要是共模噪聲）通過(guò)信號(hào)接口進(jìn)入系統(tǒng)從而對(duì)內(nèi)部電路造成干擾。實(shí)踐證明，解決系統(tǒng)間互連電纜的EMI問(wèn)題可以解決系統(tǒng)大部分的EMC問(wèn)題。本文的目的是加深設(shè)計(jì)師對(duì)EMC設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，從而將電磁兼容設(shè)計(jì)融入到電路設(shè)計(jì)當(dāng)中，本文在擬制過(guò)程中參考了業(yè)界比較成熟的經(jīng)驗(yàn)，但是是否適合我司的產(chǎn)品還需要實(shí)踐來(lái)檢驗(yàn)，后期希望設(shè)計(jì)師在應(yīng)用中不斷與EMC設(shè)計(jì)師交流經(jīng)驗(yàn)，最終將本文升級(jí)為我司接口電路設(shè)計(jì)規(guī)范。RJ-45接口當(dāng)前設(shè)計(jì)方案目前我們公司采用的RJ45接口電路原理圖設(shè)計(jì)方案如圖1所示。圖1RJ-45接口電路當(dāng)前設(shè)計(jì)方案其中，T4（TG110-E050N5）為集成了共模電感的接口隔離變壓器，隔離變壓器可以抑制低頻共模噪聲，而共模電感則可以隔離高頻共模噪聲。在產(chǎn)品的互連電纜、I/O口的信號(hào)線等共模干擾路徑上使用共模電感相當(dāng)于增加了共模干擾傳輸路徑的阻抗，因此在一定的共模電壓驅(qū)動(dòng)下，流過(guò)產(chǎn)品互連電纜、I/O口的信號(hào)線等路徑上的共模電流就會(huì)減小。T2內(nèi)部電路如圖2所示：圖2T4內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)方案改進(jìn)設(shè)計(jì)方案如圖3所示： 圖3RJ45接口電路改進(jìn)設(shè)計(jì)方案其中，R1、R2是發(fā)射端差模匹配電阻；R3、R4是接收端差模匹配電阻，通過(guò)中間電容C3接地，提供共模阻抗匹配，兼具共模濾波效果，使得外部共模干擾信號(hào)不會(huì)進(jìn)入接收電路；變壓器T4次級(jí)中心抽頭通過(guò)電容C1、C2接地，可以濾除電路內(nèi)部產(chǎn)生和外部引入的共模干擾；變壓器提供低頻隔離、濾波的作用；初級(jí)端由電阻R5和R6、電容C4組成的電路是BobSmith電路，以達(dá)到差模、共模阻抗匹配的作用，通過(guò)電容接地可以濾除共模干擾，該電路可以提供10dB的電磁干擾衰減。RJ45未用到的引腳通過(guò)電阻R7、R8、R9、R10、R11、R12以及電容C4組成的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)接地以免產(chǎn)生干擾。RS232接口當(dāng)前設(shè)計(jì)方案目前我們公司采用的RS232接口電路原理圖設(shè)計(jì)方案如圖4所示。圖4RS232接口電路當(dāng)前設(shè)計(jì)方案改進(jìn)設(shè)計(jì)方案因?yàn)楫?dāng)前方案中信號(hào)直接從接口輸出，沒(méi)有考慮接口信號(hào)的濾波措施，因此，需要設(shè)計(jì)接口濾波電路，具體方案是在收發(fā)電路上加磁珠及每根信號(hào)線對(duì)地加共模電容濾除高頻共模噪聲，改進(jìn)設(shè)計(jì)方案如圖5所示：圖5RS232接口電路改進(jìn)設(shè)計(jì)方案其中，磁珠Bead1、Bead2與電容C7、C8組成了收發(fā)電路上的LC濾波電路，磁珠選用時(shí)要參考阻抗頻率特性曲線，通?？梢赃x擇阻抗特性為500/100MHz、通流量合適的磁珠。濾波電容要考慮不影響接口信號(hào)的質(zhì)量，不能采用很大容值的電容，一般可用1000pF以濾除高頻共模噪聲。K接口當(dāng)前設(shè)計(jì)方案目前我們公司采用的K接口電路原理圖設(shè)計(jì)方案如圖6所示。圖6K接口電路當(dāng)前設(shè)計(jì)方案改進(jìn)設(shè)計(jì)方案因?yàn)楫?dāng)前方案中信號(hào)直接從接口輸出，沒(méi)有考慮接口信號(hào)的濾波措施，因此，需要設(shè)計(jì)接口濾波電路，具體方案是在電路上加共模電感濾除高頻共模噪聲，改進(jìn)設(shè)計(jì)方案如圖7所示：圖7K接口電路改進(jìn)設(shè)計(jì)方案其中，V1與V2組成二極管終端匹配電路，同時(shí)具有一定的過(guò)壓保護(hù)作用，R1與C2為源端阻抗匹配，C3為隔直通交電容，T1為平衡-非平衡變壓器，L1為共模電感，隔離高頻共模噪聲。E1接口當(dāng)前設(shè)計(jì)方案目前我們公司采用的E1接口電路原理圖設(shè)計(jì)方案如圖8所示。圖8E1接口電路當(dāng)前設(shè)計(jì)方案其中，T10（TX1099）為接口隔離變壓器，隔離變壓器可以抑制低頻共模噪聲，高頻時(shí)由于初次級(jí)線圈之間的分布電容從而使得對(duì)高頻共模噪聲抑制作用下降，T10內(nèi)部電路如圖9所示：圖9T10內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)方案因?yàn)楫?dāng)前方案中選用的接口變壓器未集成共模電感，因而需要采取額外措施抑制高頻共模噪聲，具體有如下三種改進(jìn)設(shè)計(jì)方案：1.選用帶有共模電感的隔離變壓器（參見(jiàn)圖2），如PULSE公司的T8005、T8006等；2.在每對(duì)信號(hào)線上外接共模電感，如圖10所示：圖10E1接口電路改進(jìn)設(shè)計(jì)方案（1）圖中，R1、R2是接收端限流電阻，R3、R4是接收端差模匹配電阻，通過(guò)中間電容C5接地，提供共模阻抗匹配，兼具共模濾波效果，使得外部共模干擾信號(hào)不會(huì)進(jìn)入接收電路；L1、L2為接收端和發(fā)射端共模電感，隔離高頻共模噪聲，變壓器T4提供低頻隔離、濾波的作用；發(fā)射端V1和V2、V3和V4分別組成終端二極管匹配電路，C2、C4為隔直通交電容，提供濾波作用。3.在每根信號(hào)線上外接三端電容。圖10E1接口電路改進(jìn)設(shè)計(jì)方案（2）RS485接口當(dāng)前設(shè)計(jì)方案目前我們公司采用的RS485接口電路原理圖設(shè)計(jì)方案如圖11所示。圖11RS485接口電路當(dāng)前設(shè)計(jì)方案改進(jìn)設(shè)計(jì)方案因?yàn)楫?dāng)前方案中信號(hào)直接從接口輸出，沒(méi)有考慮接口信號(hào)的濾波措施，因此，需要設(shè)計(jì)接口濾波電路，具體方案是在收發(fā)電路上加共模電感及每根信號(hào)線對(duì)地加共模電容濾除高頻共模噪聲，如圖12所示：圖12RS485接口電路改進(jìn)設(shè)計(jì)方案USB接口當(dāng)USB接口中帶有電源信號(hào)，對(duì)電源信號(hào)也要進(jìn)行濾波處理。電源線上串聯(lián)一個(gè)磁珠，并在電源線上的磁珠兩端并聯(lián)電容，電容的取值一般在0.01~0.1UF之間。另外，如果該產(chǎn)品接地，則推薦將電路板的工作地通過(guò)旁路電容接至外殼或大地，并與電纜屏蔽層相連。USB差分線對(duì)上串聯(lián)一個(gè)共模扼流圈。對(duì)于共模扼流圈的選擇，應(yīng)主要考慮扼流圈的差模寄生電感對(duì)高速USB信號(hào)的影響。如果寄生差模電感太大，就會(huì)對(duì)USB信號(hào)產(chǎn)生衰減，影響USB接口的工作性能。

附錄1共模電感選用原則共模電感選用要注意以下原則：（1）共模電感要控制線圈之間的寄生電容，否則會(huì)影響高頻隔離的效果。其匝數(shù)越多，寄生電容越大，高頻隔離的效果越差；（2）共模電感只能用在平衡電路中，禁止在非平衡電路中使