在嵌入式系统中,电路的时钟频率不断提高,印制板(Printed Circuit Board, PCB)的面积不断减小,芯片(Integrated Circuit, IC)布局及其布线也变得越来越密集,电磁兼容设计作为一项重要的设计技术受到了嵌入式硬件设计工程师越来越多的关注。对于手持设备来说,电磁兼容(Electro Magnetic Compatibility,EMC)设计的重点在于电磁干扰(Electro Magnetic Interference, EMI)控制。近几年来,手持导航仪产品市场发展迅速。在手持导航仪(Portable Navigtion Device, PND)中,机内严重的EMI干扰不仅会污染了周边的电磁环境,还会直接影响全球定位系统(Global Postion System, GPS)信号接收灵敏度,使得产品不能正常工作。PND中的EMC设计尤其重要。对于设计公司来说效率就是生命。减少样机整改循环次数,加快产品上市速度,降低产品开发成本成为PND产品EMC设计的重要要求。 本文通过对电磁兼容标准及GPS接收机标准的研究,提出了PND产品EMC工程设计的技术要求和试验方法。为实现PND产品EMC设计要求,本文从EMI产生的三要素(干扰源、干扰路径、受感体)对PND中的EMI问题进行了分析讨论,并针对EMI产生的各问题点提出了相应的设计方法和处理措施。在EMC设计方法中,屏蔽措施是一项重要的EMI控制手段,使用铁或铜材料做成的屏蔽壳、喷镀的屏蔽层可以有效地实现电磁屏蔽。合理地利用软件仿真技术可以大幅提高产品EMC设计效率,减少设计成本。通过对电路仿真及电磁场仿真软件的分析,本文提出组合使用几种主流电子设计自动化(Electronic DesignAutomation, EDA)软件的EMC设计方法。工程设计的工作重点在于理论实践。为更好的应用EMC设计技术,更有效的进行产品设计的过程控制,本文提出PND产品的EMC设计流程,该流程将产品的EMC设计技术划分为结构的EMC设计、原理图的EMC设计、PCB的EMC设计和仿真等三个主要过程。文中指出各过程中的EMC设计要点,以各过程的阶段化控制确保了产品最终的EMC性能,减少了产品设计的更改周期。作为EMC设计技术的重要组成部分,产品的EMI分析定位和设计整改技术也非常关键。当近场扫描法被广泛应用于EMI干扰源和干扰路径分析定位时,探测工具和扫描手段变得至关重要。本文使用高增益低噪声的GPS有源天线扫描解决了通用探头高频(GPS频段)引入噪声太大、灵敏度不足的问题,使用50Ω输出阻抗10倍衰减的电压探头将干扰源定位到某根走线或引脚,提高了通用扫描法的定位分辨率。在针对EMI问题改进时,以抑制噪声源为主,配合使用屏蔽围堵措施；措施实施时首选选用器件更改、电路微调及软件改进等简单低成本的措施：对于无法使用简单整改处理的产品,需通过试验,明确改进措施效果之后,再重新进行产品设计。 本文描述的EMC设计技术、分析方法及相应流程,在PND产品的设计中得到了推广和应用,并取得了良好的效果。由于PND是一个典型的嵌入式系统,本文提出的EMC设计方法和流程,还可以推广并应用到其他嵌入式系统,尤其是集成现代通讯技术的信息终端产品的EMC设计中。本文给出其他产品中应用时的一些思路及注意要点。同时,作为PND产品的EMC设计技术综述性的论文,本文研究的相关设计技术还不够深刻,其中一些技术点还可以进行深入研究。
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