(1) 浪涌防护设计
根据仪表端口的定义,浪涌分为差模浪涌和共模浪涌两种。如信号端口(也包含工作电源端口)的进线和回线间为差模浪涌,电路的进线和回线分别对地(接地端子)为共模浪涌。
抑制浪涌最常用的器件就是浪涌抑制器件,如气体防电管、压敏电阻、TVS。不同的端口根据其功能,选用不同的组合方案进行浪涌的防护。例如,当仪表是三相四线输入,因为电压端口为高阻输入,在浪涌等级要求不太高时,一般无须采用压敏电阻和气体放电管。
(2) 共模滤波器的设计
通过在端口附近设计共模滤波器,对共模干扰进行旁路。滤除共模干扰也可采取设计隔离元件等增大共模阻抗的方式或通过电容接地(如果端口设计有接地端子,应满足相应安全要求)的方式来实现。
设计共模滤波器,首先应明确共模干扰的频段,以便选择合适的电感、电容参数。若需要同时抑制低、中、高频的共模干扰,有时可采用低频和高频共模滤波器串联的方式来解决。
仪表电源端口往往采用开关电源,由于开关电源是一个重要的对外干扰源,需要在端口设计EMI滤波器。另外,从EMS角度考虑,由于隔离变压器的输入输出间存在较大的分布电容,高频共模干扰可以毫无衰减地从输入耦合至输出,因此也需要在开关电源前设计滤波器。
电源端口基本滤波电路结构见图2。当无PE时,共模电容省略。共模扼流圈在绕制中会产生1%左右的漏感,可直接利用来进行差模滤波,若要加强差模滤波,则可在扼流圈后增加差模电感设计。需要强调的是,图2所示滤波器在进行PCB布板时,应尽量摆放在靠近于端口的位置,且印制线走线应注意控制环路面积,让滤波器获得最大的插入损耗。
3.2敏感电路及器件设计
在设计中需要注意对易接收电磁干扰的电磁敏感电路和器件的设计。尽量采用抗扰度高的器件,在功能满足的情况下,尽量降低晶振的频率,尽量选择上升沿较缓的器件。
电容、电感非理想器件的寄生参数,在高频时将会大大影响其滤波效果,所以对不同频段的干扰信号应选择不同的滤波参数。以电容为例,其频率阻抗曲线见图3。这里需要强调的是,该类器件的引线过长时,其高频下寄生参数会降低自身的谐振频率,建议尽量采用贴片器件。一个常用的做法是选择参数相差100倍的电容进行并联,以保证在其较宽的频段范围内始终保持电容特性。