医疗电子EMC设计方法.docx

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医疗电子EMC设计方法

医疗电子产品电磁兼容设计方法探讨

一、医疗行业现状3

二、医疗电子产品信息3

三、产品EMC设计方案5

1USB接口电路原理图的EMC设计5

2晶振电路原理图的EMC设计6

3产品结构设计要求：

8

4.线缆设计8

四、结束语10

一、医疗行业现状

近年来，随着电子、信息技术在医用电气设备中的广泛应用，以及新的通信技术（如个人通讯系统、蜂窝电话等）在社会生活各领域的迅速发展，医用电气设备使用时所处的电磁环境日益复杂。

造成的影像包括在医用电气设备使用过程中可能受到周围其他电气设备电磁波发射的干扰，造成对患者的伤害；另一方面如果其电磁兼容性指针达不到要求，因其自身也会发射电磁能，可能影响无线电通讯业务和周围其他设备的正常运行。

中国国家药监局日前正式发布了新的医用电气设备电磁兼容新标准（YY0505-2012），新标准预定将于2014年1月1日起实施。

该标准的实施将涉及中国境内3-4千家医疗器械生产企业的约11000余个医用电气设备，对安全指针达不到要求的产品，国家药监局将依法依规予以处理。

新标准的实施将带来一轮医疗设备抗干扰的再设计需求，如通讯接口，电源接口，关键电路，PCB板的布局、布线、分地，系统的结构设计，线缆屏蔽设计等，还会增加诸如隔离器件，磁环，电感等元器件。

另外，针对原有不同的电子系统还可以在软件方面进行调整，如工作频率、工作模式和异常状态处理等措施。

下面举例来说明电磁兼容设计平台软件所生成的医疗电子产品的电磁兼容设计方法、要点。

二、医疗电子产品信息

1.产品名称

全数字彩色多普勒超声诊断系统

2.测试标准

欧洲标准IEC60601-1-2:

2007

国家标准YY0505-2012

3.产品主要接口信息

外部接口名称

接口负荷

连接备注

AV复合视频接口

AC220V电路接口

220V

喇叭接口（耳机接口）

VGA接口

连接LCD显示器

百兆以太网接口

PS/2接口

连接键盘

USB-2.0接口

鼠标或其他通信连接

DC12V电路接口

12V

DC24V电路接口

24V

RS232接口

SATA接口

连接硬盘

4.产品内部主要电磁干扰源说明

骚扰类型

主要骚扰模块

用途说明

骚扰模块电磁参数

宽带骚扰

电源模块

PWM

＜1.5MHz

数模转换模块

数模信号转换

窄带骚扰

微处理器（CPU电路）

中央处理单元

工作频率50MHz

晶振

提供时钟源

工作频率20MHz

晶振

提供时钟源

工作频率12MHz

晶振

提供时钟源

工作频率32.768MHz

晶振

提供时钟源

工作频率10.25MHz

DDR2

内存

工作频率360MHz

5.产品结构信息

机体结构特性

部件组合形式

开孔类型

金属插框式架构

搭接

通风开孔

接口开孔（电源及通讯信号）

6.产品电缆信息

线缆名称

线缆类型

连接备注

VGA电缆

屏蔽电缆

LCD显示屏

USB2.0通讯电缆

屏蔽电缆

鼠标

PS2电缆

屏蔽电缆

键盘

STAT电缆

屏蔽电缆

存储硬盘

三、产品EMC设计方案

列举以上产品信息部分项目EMC设计方案

本方案由电磁兼容设计平台（EDP）软件自动生成

1USB接口电路原理图的EMC设计

USB2.0接口防静电设计

图1USB2.0接口防静电设计

接口电路设计概述：

本方案从EMC原理上，进行了相关的抑制干扰和抗敏感度的设计；从设计层次解决EMC问题。

电路EMC设计说明：

（1）

电路滤波设计要点：

L1为共模滤波电感，用于滤除差分信号上的共模干扰；

L2为滤波磁珠，用于滤除为电源上的干扰；

C1、C2为电源滤波电容，滤除电源上的干扰。

L1共模电感阻抗选择范围为60Ω/100MHz~120Ω/100MHz，典型值选取90Ω/100MHz；

L2磁珠阻抗范围为100Ω/100MHz~1000Ω/100MHz，典型值选取600Ω/100MHz；磁珠在选取时通流量应符合电路电流的要求，磁珠推荐使用电源用磁珠；

C1、C2两个电容在取值时要相差100倍，典型值为10uF、0.1uF；小电容用滤除电源上的高频干扰，大电容用于滤除电源线上的纹波干扰；

C3为接口地和数字地之间的跨接电容，典型取值为1000pF，耐压要求达到2KV以上，C3容值可根据测试情况进行调整；

（2）电路防护设计要点

D1、D2和D3组成USB接口防护电路，能快速泄放静电干扰，防止在热拔插过程中产生的大量干扰能量对电路进行冲击，导致内部电路工作异常。

D1、D2、D3选用TVS，TVS反向关断电压为5V；TVS管的结电容对信号传输频率有一定的影响，USB2.0的TVS结电容要求小于5pF。

接口电路设计备注：

如果设备为金属外壳，同时单板可以独立的划分出接口地，那么金属外壳与接口地直接电气连接，且单板地与接口地通过1000pF电容相连；

如果设备为非金属外壳，那么接口地PGND与单板地GND直接电气连接。

2晶振电路原理图的EMC设计

1.无源晶体电路

图1无源晶体电路

原理图EMC设计说明：

（1）C1、C2为谐振电容，根据功能需求取值;

（2）R1、R2可以根据实际的情况更换为低阻抗的磁珠；

（3）C3为预设计，可根据测试情况增加或调整；

2.有源晶振电路

图2有源晶振电路

原理图EMC设计说明：

（1）R1为预留匹配设计，可根据实验情况进行调整或更换磁珠处理；

（2）C1为预留设计，可根据实际情况进行增加或调整处理。

3产品结构设计要求：

4.1产品结构特性：

插框式金属架构

4.2结构设计要求：

一般要求

4.3屏蔽设计要求：

通风开孔

结构设计：

（1）如无特别要求，铝型材是各种插框式、盒式或其他形式电子/电气设备的首选材料，而需要较大承重或较高结构刚性的应当选择铁或钢作为主体材料；

（2）要求金属材料厚度H≥2mm；

（3）金属板直接开孔，设计成一定面积的开孔阵列，可采用增加孔深，减小孔直径，同时增加孔密度和数量的方法，首选圆孔，其次方孔，避免长腰孔；通常应用推荐使用孔直径D≤4mm，孔间距L≥6mm；如下图所示：

图1通风开孔的处理方式（俯视图）

布局设计：

（1）开孔部分与单板距离要求大于5cm，特别要远离单板上的CPU及晶振；

（2）内部线缆不能横跨或接近开孔处走线，特别是高速通讯线缆。

4.线缆设计

4.1USB-2.0接口

USB2.0AF连接器普通型

图1USB金属连接器的搭接

屏蔽层与金属连接器的搭接：

（1）屏蔽电缆的屏蔽层要求与金属连接器进行360°的搭接；搭接方式如上图：

（2）屏蔽电缆屏蔽层要避免出现单独的“尾巴”现象。

USB2.0AF连接器普通型

图2USB-2.0信号电缆

电缆设计：

（1）USB-2.0信号电缆采用网状编织屏蔽层的屏蔽方式，且网状编织层编织密度要求不小于90%；差分线组采用铝箔屏蔽；

（2）内部组线时，差分电缆采用双绞传输，双绞绞距一般为最小绞距的2倍，（最小绞距=D为电缆的外径）；组线方式如上图所示：

（3）电缆两端需要增加磁环处理，磁环内径与电缆的外径要紧密结合，尽量选择厚

长型的磁环。

走线设计：

（1）USB-2.0信号电缆走线时要求远离其他强干扰源，如电源模块；

（2）电缆走线最好单独走线或与其他模拟以及功率线缆保持10cm以上距离，切不可与其他线缆一起混合捆扎。

四、结束语

电磁兼容设计平台软件运算得出产品EMC设计方案。

所设计出的产品顺利通过欧洲标准IEC60601-1-2:

2007和国家标准YY0505-2012。

通过软件便捷的设计功能，使得EMC工程师的工作量大大减少，而且设计工作更加高效、快捷。

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