醫(yī)療電子EMC設(shè)計(jì)方法

1、醫(yī)療電子產(chǎn)品電磁兼容設(shè)計(jì)方法探討目錄一、醫(yī)療行業(yè)現(xiàn)狀3二、醫(yī)療電子產(chǎn)品信息3三、產(chǎn)品EMC設(shè)計(jì)方案51USB接口電路 原理圖的EMC設(shè)計(jì)52晶振電路 原理圖的EMC設(shè)計(jì)63產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求：84. 線纜設(shè)計(jì)8四、結(jié)束語(yǔ)10一、 醫(yī)療行業(yè)現(xiàn)狀近年來(lái)，隨著電子、信息技術(shù)在醫(yī)用電氣設(shè)備中的廣泛應(yīng)用，以及新的通信技術(shù)（如個(gè)人通訊系統(tǒng)、蜂窩電話等）在社會(huì)生活各領(lǐng)域的迅速發(fā)展，醫(yī)用電氣設(shè)備使用時(shí)所處的電磁環(huán)境日益復(fù)雜。造成的影像包括在醫(yī)用電氣設(shè)備使用過(guò)程中可能受到周?chē)渌姎庠O(shè)備電磁波發(fā)射的干擾，造成對(duì)患者的傷害；另一方面如果其電磁兼容性指針達(dá)不到要求，因其自身也會(huì)發(fā)射電磁能，可能影響無(wú)線電通訊業(yè)務(wù)和周?chē)?/p>

2、其他設(shè)備的正常運(yùn)行。中國(guó)國(guó)家藥監(jiān)局日前正式發(fā)布了新的醫(yī)用電氣設(shè)備電磁兼容新標(biāo)準(zhǔn)（YY 0505-2012），新標(biāo)準(zhǔn)預(yù)定將于2014年1月1日起實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施將涉及中國(guó)境內(nèi)3-4千家醫(yī)療器械生產(chǎn)企業(yè)的約11000余個(gè)醫(yī)用電氣設(shè)備，對(duì)安全指針達(dá)不到要求的產(chǎn)品，國(guó)家藥監(jiān)局將依法依規(guī)予以處理。 新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施將帶來(lái)一輪醫(yī)療設(shè)備抗干擾的再設(shè)計(jì)需求，如通訊接口，電源接口，關(guān)鍵電路，PCB板的布局、布線、分地，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，線纜屏蔽設(shè)計(jì)等，還會(huì)增加諸如隔離器件，磁環(huán)，電感等元器件。另外，針對(duì)原有不同的電子系統(tǒng)還可以在軟件方面進(jìn)行調(diào)整，如工作頻率、工作模式和異常狀態(tài)處理等措施。下面舉例來(lái)說(shuō)明電磁兼容設(shè)計(jì)平

3、臺(tái)軟件所生成的醫(yī)療電子產(chǎn)品的電磁兼容設(shè)計(jì)方法、要點(diǎn)。二、 醫(yī)療電子產(chǎn)品信息1. 產(chǎn)品名稱(chēng)全數(shù)字彩色多普勒超聲診斷系統(tǒng)2. 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)歐洲標(biāo)準(zhǔn)IEC60601-1-2:2007 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)YY0505-2012 3. 產(chǎn)品主要接口信息外部接口名稱(chēng)接口負(fù)荷連接備注AV復(fù)合視頻接口AC220V電路接口220V喇叭接口（耳機(jī)接口）VGA接口連接LCD顯示器百兆以太網(wǎng)接口PS/2接口連接鍵盤(pán)USB-2.0接口鼠標(biāo)或其他通信連接DC12V電路接口12VDC24V電路接口24VRS232接口SATA接口連接硬盤(pán)4. 產(chǎn)品內(nèi)部主要電磁干擾源說(shuō)明騷擾類(lèi)型主要騷擾模塊用途說(shuō)明騷擾模塊電磁參數(shù)寬帶騷擾電源模塊PWM1.

4、5MHz數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊數(shù)模信號(hào)轉(zhuǎn)換窄帶騷擾微處理器（CPU電路）中央處理單元工作頻率50MHz晶振提供時(shí)鐘源工作頻率20MHz晶振提供時(shí)鐘源工作頻率12MHz晶振提供時(shí)鐘源工作頻率32.768MHz晶振提供時(shí)鐘源工作頻率10.25MHzDDR2內(nèi)存工作頻率360MHz5. 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息機(jī)體結(jié)構(gòu)特性部件組合形式開(kāi)孔類(lèi)型金屬插框式架構(gòu)搭接通風(fēng)開(kāi)孔接口開(kāi)孔（電源及通訊信號(hào)）6. 產(chǎn)品電纜信息線纜名稱(chēng)線纜類(lèi)型連接備注VGA電纜屏蔽電纜LCD顯示屏USB2.0通訊電纜屏蔽電纜鼠標(biāo)PS2電纜屏蔽電纜鍵盤(pán)STAT電纜屏蔽電纜存儲(chǔ)硬盤(pán)三、 產(chǎn)品EMC設(shè)計(jì)方案列舉以上產(chǎn)品信息部分項(xiàng)目EMC設(shè)計(jì)方案本方案由電磁兼容

5、設(shè)計(jì)平臺(tái)（EDP）軟件自動(dòng)生成1 USB接口電路 原理圖的EMC設(shè)計(jì) USB 2.0接口防靜電設(shè)計(jì)圖1 USB 2.0接口防靜電設(shè)計(jì)接口電路設(shè)計(jì)概述：本方案從EMC原理上，進(jìn)行了相關(guān)的抑制干擾和抗敏感度的設(shè)計(jì)；從設(shè)計(jì)層次解決EMC問(wèn)題。電路EMC設(shè)計(jì)說(shuō)明：（1） 電路濾波設(shè)計(jì)要點(diǎn)：L1為共模濾波電感，用于濾除差分信號(hào)上的共模干擾；L2為濾波磁珠，用于濾除為電源上的干擾；C1、C2為電源濾波電容，濾除電源上的干擾。L1共模電感阻抗選擇范圍為60/100MHz 120/100MHz，典型值選取90/100MHz；L2磁珠阻抗范圍為100/100MHz 1000/100MHz，典型值選取600/10

6、0MHz ；磁珠在選取時(shí)通流量應(yīng)符合電路電流的要求，磁珠推薦使用電源用磁珠；C1、C2兩個(gè)電容在取值時(shí)要相差100倍，典型值為10uF、0.1uF；小電容用濾除電源上的高頻干擾，大電容用于濾除電源線上的紋波干擾；C3為接口地和數(shù)字地之間的跨接電容，典型取值為1000pF，耐壓要求達(dá)到2KV以上，C3容值可根據(jù)測(cè)試情況進(jìn)行調(diào)整；（2） 電路防護(hù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)D1、D2和D3組成USB接口防護(hù)電路，能快速泄放靜電干擾，防止在熱拔插過(guò)程中產(chǎn)生的大量干擾能量對(duì)電路進(jìn)行沖擊，導(dǎo)致內(nèi)部電路工作異常。D1、D2、D3選用TVS，TVS反向關(guān)斷電壓為5V；TVS管的結(jié)電容對(duì)信號(hào)傳輸頻率有一定的影響，USB2.0的T

7、VS結(jié)電容要求小于5pF。接口電路設(shè)計(jì)備注：如果設(shè)備為金屬外殼，同時(shí)單板可以獨(dú)立的劃分出接口地，那么金屬外殼與接口地直接電氣連接，且單板地與接口地通過(guò)1000pF電容相連；如果設(shè)備為非金屬外殼，那么接口地PGND與單板地GND直接電氣連接。2 晶振電路 原理圖的EMC設(shè)計(jì)1. 無(wú)源晶體電路圖1 無(wú)源晶體電路原理圖EMC設(shè)計(jì)說(shuō)明： （1）C1、C2為諧振電容，根據(jù)功能需求取值; （2） R1、R2可以根據(jù)實(shí)際的情況更換為低阻抗的磁珠； （3） C3為預(yù)設(shè)計(jì)，可根據(jù)測(cè)試情況增加或調(diào)整； 2. 有源晶振電路圖2 有源晶振電路原理圖EMC設(shè)計(jì)說(shuō)明： （1） R1為預(yù)留匹配設(shè)計(jì)，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況 進(jìn)行調(diào)整

8、或更換磁珠處理； （2）C1為預(yù)留設(shè)計(jì)，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行增加或調(diào)整處理。 3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求：4.1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特性：插框式金屬架構(gòu)4.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求：一般要求4.3 屏蔽設(shè)計(jì)要求：通風(fēng)開(kāi)孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： （1）如無(wú)特別要求，鋁型材是各種插框式、盒式或其他形式電子/電氣設(shè)備的首選材料，而需要較大承重或較高結(jié)構(gòu)剛性的應(yīng)當(dāng)選擇鐵或鋼作為主體材料； （2）要求金屬材料厚度H2mm； （3）金屬板直接開(kāi)孔，設(shè)計(jì)成一定面積的開(kāi)孔陣列，可采用增加孔深，減小孔直徑，同時(shí)增加孔密度和數(shù)量的方法，首選圓孔，其次方孔，避免長(zhǎng)腰孔；通常應(yīng)用推薦使用孔直徑D4mm，孔間距L6mm；如下圖所示： 圖1 通風(fēng)開(kāi)孔的處理方式（

9、俯視圖） 布局設(shè)計(jì)： （1）開(kāi)孔部分與單板距離要求大于5cm，特別要遠(yuǎn)離單板上的CPU及晶振；（2）內(nèi)部線纜不能橫跨或接近開(kāi)孔處走線，特別是高速通訊線纜。4. 線纜設(shè)計(jì) 4.1 USB-2.0接口 USB2.0 AF連接器 普通型圖1 USB金屬連接器的搭接屏蔽層與金屬連接器的搭接：（1） 屏蔽電纜的屏蔽層要求與金屬連接器進(jìn)行360°的搭接；搭接方式如上圖：（2） 屏蔽電纜屏蔽層要避免出現(xiàn)單獨(dú)的“尾巴”現(xiàn)象。 USB2.0 AF連接器 普通型圖2 USB-2.0信號(hào)電纜電纜設(shè)計(jì)：（1） USB-2.0信號(hào)電纜采用網(wǎng)狀編織屏蔽層的屏蔽方式，且網(wǎng)狀編織層編織密度要求不小于90%；差分線組采用鋁箔屏蔽； （2） 內(nèi)部組線時(shí)，差分電纜采用雙絞傳輸，雙絞絞距一般為最小絞距的2倍，（最小絞距= D為電纜的外徑）；組線方式如上圖所示：（3） 電纜兩端需要增加磁環(huán)處理，磁環(huán)內(nèi)徑與電纜的外徑要緊密結(jié)合，盡量選擇厚長(zhǎng)型的磁環(huán)。走線設(shè)計(jì)：（1） USB-2.0信號(hào)電纜走線時(shí)要求遠(yuǎn)離其他強(qiáng)干擾源，如電源模塊；（2） 電纜走線最好單獨(dú)走線或與其他模擬以及功率