基于Zigbee的无线传输电路的抗电磁干扰优化设计

2019-08-07 17:24发布

随着世界上第一个电磁兼容性规范1944年在德国诞生,电磁兼容设计在现代电子设计中变得越来越重要。普通的10 kV/630 kW"箱式"变压器低频噪音辐射处的电场辐射一般可达800 V/m,电磁辐射可达30 B/μT,对工作在此环境下的无线传输模块有非常大的影响,因此有必要对无线传输模块进行抗电磁干扰设计。
1、PCB的抗干扰设计
1.1 硬件方面的抗电磁干扰设计
1)选择集成度高,抗干扰能力强,功耗小的电子器件。
2)良好的接地设计。对于工作在2 MHz一下低频应采取共地,即一点接地;对于工作在10 MHz以上的高频应采用分地,即多点接地。同时,数字地和模拟地分开,中间用磁珠连接。对传感器信号地线采用浮空隔离,不与大地相连。将所有闲置的单片机IO端口,应该接地而不是接电源。
3)滤波处理。每个IC的电源端并联一个高频电容,减少IC对电源的影响。
4)PCB的设计:①布线时遵循3-W原则,也就是相邻两条线路间的中心距离应该大于或者等于3倍的线宽。随着线间距离的增大,同时也能减少线间的耦合串扰。②按照功能布局,不同模块接对应的电源。③电源和地线尽量的粗,电流方向和信号线方向相同。④晶振尽量靠近单片机。⑤线路尽量使用45°折线而不是90°折线。⑥多层板设计,将电源层和接地层放在中间层,这样利于各元器件的迅速接地,抑制共模干扰,有利于抗电磁干扰。
1.2 软件方面的抗电磁干扰设计
1)使用看门狗,MSP430中已经集成,遂不赘述。
2)数据冗余技术,在噪声幅度较大的环境巾传输数据,给数据增加一定的冗余位用于校验,能增加检错和纠错的能力,具有非常明显的抗干扰效果。
2、电磁干扰仿真软件介绍
电磁干扰的数值仿真过程也就是电磁场问题的数值计算过程,电磁数值计算的任务是基于麦克斯韦方程组,建立逼近实际问题的连续型数学模型,然后采用相应的数值计算方法,经离散化处理,解出模型的数值解,再经处理得出场域中任意点处的场强,能量,损耗分布,及其他参数。常见的计算法方法有时域有限元法、频域有限元法,矩量法等,其中矩量法基于Maxwell方程中的积分方程,计算精度较高;频域有限元法基于Maxwell方程中的偏微分方程,计算量较大,其中Ansoft Designer就是基于频域有限元方法的软件。
Ansoft Desinger集成了高频、基于物理原型的电磁建模、仿真及与电路和系统分析的无缝连接环境,为了获得S参数和电流密度J,采用了混合电位积分方程(MPIE Mixed Potential Integral Equation)法和矩量法(MoM Method of Moments)分别计算之,这样就能通过电流密度求得S参数和辐射场。
在Ansoft中,只要三维物体表面网格形成,则可利用混合点位积分方程(MPIE)进行分析:

式中:为垂直于网格平面的单位矢量;j为虚部单位;ω为角频率(等于2f);A表示矢量磁位;φ为标量电位;Zs为单个网格表面的电阻;J为网格上的电流密度。在混合积分后,使用矩量法(MoM)求解网格上的电流密度J,得到网格边界线上法向方向的电流,在存储网格边界线方向电流分量后,网格内部每个点的电流值可通过网格边界线法向电流分量差值得到。
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19条回答
i1mcu
2019-08-08 16:04
5、结论
通过Ansoft Designer软件对PCB板进行的电磁兼容分析,根据其得出的PCB的电流图及近场分布图,分析PCB的电磁兼容性,针对结果中的电磁辐射过高区域进行了重新设计,经Ansoft Designer验证,重新设计后的PCB各项电磁兼容指数有所下降,电磁兼容性得到提高。

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