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10一、 醫(yī)療行業(yè)現(xiàn)狀近年來，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)備使用過程中可能受到周圍其他電氣設(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，可能影響無線電通訊業(yè)務(wù)和周圍

2、其他設(shè)備的正常運(yùn)行。中國國家藥監(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。下面舉例來說明電磁兼容設(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)品名稱全數(shù)字彩色多普勒超聲診斷系統(tǒng)2. 測試標(biāo)準(zhǔn)歐洲標(biāo)準(zhǔn)IEC60601-1-2:2007 國家標(biāo)準(zhǔn)YY0505-2012 3. 產(chǎn)品主要接口信息外部接口名稱接口負(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4. 產(chǎn)品內(nèi)部主要電磁干擾源說明騷擾類型主要騷擾模塊用途說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孔類型金屬插框式架構(gòu)搭接通風(fēng)開孔接口開孔（電源及通訊信號(hào)）6. 產(chǎn)品電纜信息線纜名稱線纜類型連接備注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STAT電纜屏蔽電纜存儲(chǔ)硬盤三、 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問題。電路EMC設(shè)計(jì)說明：（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. 無源晶體電路圖1 無源晶體電路原理圖EMC設(shè)計(jì)說明： （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)開孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： （1）如無特別要求，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）金屬板直接開孔，設(shè)計(jì)成一定面積的開孔陣列，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)開孔的處理方式（

9、俯視圖） 布局設(shè)計(jì)： （1）開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