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医疗器械EMC整改常见问题解答
时间:2021-01-12   浏览:776次

Q:产品结构中有些产品前端是开关电源,带有保护接地;后端是弱电的功能电路,有时候PCB上也有自己的回路地,一般来说这些地之间能否连通?

A:有时候有些功能电路中有模拟电路和数字电路等复杂电路,如果地平面没有很好的处理,回路地中容易出现高频噪声引起相关的共模的干扰,前后端的地平面能量不太均等,一般不建议直接连接。

弱电的功能电路的地阻抗较大,有较多成分的共模噪声,与开关电源大地接通易造成辐射和传导超标的双重问题。通常切断弱电或主板与机壳地的连接,对低频噪声有较好的改善。另外,电源接地建议多采用并联单点接地的方式,特别在电源有大小功率输出的线路中。

接地的前提是需要知道电流路径和地阻抗的大小。

如果两边的地确实要直接连接的话,因为需要考虑产品的结构,其安规耐压测试,应用部分的耐压是否能通过需要测试验证。

 

Q:医疗器械中的内窥镜产品或者有成像功能带视频输出端口的,一般使用HDMI传输,其RE往往是会fail,一般考虑的解决措施是如何的?

A:关于HDMI传输的信号相关整改经验在行业内有过很多的分享。如果产品接口的接地和屏蔽设计得不合理,其时钟的倍频可能会超标得很夸张。通常来说,HDMI的信号路径上的阻抗匹配,适当的bead或者电阻是比较重要的;端口的接地设计,HDMI线材的匹配和屏蔽也是比较关键的。

HDMI差分信号线分组平行走线,尽可能从IC到接口使用最短路径,直线走线,信号线对应层的参考地要完整连续,同层的包地线径要尽可能的粗和连续。测试外接的HDMI Cable或是内部的连接走线,都需要金属编制网环接包裹,在与接头的连接处一圈压合,并且用焊接连接。

接口的屏蔽需要使用环包的全屏蔽而不是单细铝箔的搭接屏蔽。在信号路径中加共模电感可能是有效的,但可能会对图像质量有一定的影响。在PCB设计允许的情况下,尽可能不使用或者少使用共模电感。最后就是接地的考虑,机壳与HDMI的共地也需要会造成更大的共模干扰,需要加以识别和隔离。

 

Q:带操作面板的产品,往往有控制电路,抗扰干能力比较弱,而医疗器械的EMC标准中的脉冲群和静电测试等级相对比较高,这种产品的ESD和EFT的解决思路一般是如何的?

A:确实,现在智能化的医疗产品,往往是带有控制电路的,而医疗产品的EMC标准对ESD和EFT的要求又比较高。

一般来说,EFT需要在电源端滤波,采购的成品开关电源往往滤除传导干扰,不能很好的滤除相对高频的脉冲干扰。脉冲群是共模干扰,在电源端考虑与针对脉冲群的额外滤波电路,或吸收脉冲的TVS等器件,并考虑就近接地。另外一个思路是,可以加隔离变压器或光耦做隔离处理。

ESD需要找合理的放电路径,把敏感电路做一定的隔离。操作面板上的尽量使用密封的按键开关,金属部分做得比较靠近内部,让静电不容易放进去。如果由于体积因素,不能完全消除静电的放电路径,可以考虑在敏感电路外就近接地或增加静电二极管等防护器件。

 

Q:对于产品已经到送检阶段,EMC测试失败,这时候PCB基本上不能再动了,允许在产品外围增加一些成本,这时候比较合理和可行的整改方式一般有哪些?

A:如果PCB已经不能再修改了,一般考虑从产品的外围着手。

如果是EMI中的传导问题,可以在合适的位置增加符合安规要求的成品滤波器;

如果是EMI中的辐射问题,可以考虑干扰来源,80MHz以下的宽带低频干扰可能是开关电源或者产品的屏蔽不好,更换开关电源或者改进屏蔽;100MHz以上的窄带干扰,需要识别是否互连信号线的问题,更换屏蔽互连线或者加磁环;对于确定的某clock信号,也需要识别其传输路径,考虑切断共模的辐射路线;而对PCB上的差模信号,则可以对识别出来的问题电路加屏蔽。

如果是抗扰度的问题,对于脉冲群,适当的磁环和针对性的滤波器可能会起到作用;对于静电,优先考虑敏感电路的结构,避开静电干扰,如实在无法避免,在合适的位置并联静电二极管之类的吸收器件;对于浪涌的问题,压敏电阻或者放电管是常见的吸收器件。

对于传导抗扰度的问题,类似传导发射的解决方案,增加滤波器,只是要注意传导抗扰度会测试到80MHz,需要考虑滤波器件的选择。

 

 

Q:产品设计上,PCB的走线,接地等对EMI来说有哪些基本的原则,可以避免大的EMI 问题?

A:信号走线的回路尽量面积小;不同的信号回路之间尽量不要交叉和重叠;合理利用过孔;不同电路层之间合理安排;能量相差比较大的区块电路尽量不共同接地;时钟信号比较强的路径上预留吸收或者滤波器件的位置;强干扰的信号线接口预留滤波的电路位置。

 I/O接口远离高频噪音区/相互作用的元器件尽量靠近放置在一起/遵循最短路径摆放元器件;数字模拟地切割布局,连接处可以预留电阻或电容的位置/高频元器件的地尽量隔离/接口的地要与机壳地良好连接;敏感信号线和电源线路预留电阻或磁珠以及旁路电容的位置;参考地需要尽可能完整连续,电源的路径要粗,并充分考虑电流回路面积,使其小之再小。

 

Q: 一个复杂的系统测试时出现EMC失败,对EMI发射和EMS抗扰度来说,如何快速定位其问题点?

A:往往问题点的准确定位就意味着问题解决的一半,对于复杂的系统进行EMC测试,可以用分别开启和关闭功能模块来识别和定位问题点,但有时候要考虑传输路径,适当用示波器,近场探头去识别。电路的布线图和方块图也是重要的参考文件,和做产品设计的硬件工程师一起探讨,能事半功倍。

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