醫(yī)療電子EMC設計方法

1、醫(yī)療電子產(chǎn)品電磁兼容設計方法探討目錄一、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設計方案51USB接口電路 原理圖的EMC設計52晶振電路 原理圖的EMC設計63產(chǎn)品結構設計要求：84. 線纜設計8四、結束語10一、 醫(yī)療行業(yè)現(xiàn)狀近年來，隨著電子、信息技術在醫(yī)用電氣設備中的廣泛應用，以及新的通信技術（如個人通訊系統(tǒng)、蜂窩電話等）在社會生活各領域的迅速發(fā)展，醫(yī)用電氣設備使用時所處的電磁環(huán)境日益復雜。造成的影像包括在醫(yī)用電氣設備使用過程中可能受到周圍其他電氣設備電磁波發(fā)射的干擾，造成對患者的傷害；另一方面如果其電磁兼容性指針達不到要求，因其自身也會發(fā)射電磁能，可能影響無線電通訊業(yè)務和周圍

2、其他設備的正常運行。中國國家藥監(jiān)局日前正式發(fā)布了新的醫(yī)用電氣設備電磁兼容新標準（YY 0505-2012），新標準預定將于2014年1月1日起實施。該標準的實施將涉及中國境內3-4千家醫(yī)療器械生產(chǎn)企業(yè)的約11000余個醫(yī)用電氣設備，對安全指針達不到要求的產(chǎn)品，國家藥監(jiān)局將依法依規(guī)予以處理。 新標準的實施將帶來一輪醫(yī)療設備抗干擾的再設計需求，如通訊接口，電源接口，關鍵電路，PCB板的布局、布線、分地，系統(tǒng)的結構設計，線纜屏蔽設計等，還會增加諸如隔離器件，磁環(huán)，電感等元器件。另外，針對原有不同的電子系統(tǒng)還可以在軟件方面進行調整，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計平

3、臺軟件所生成的醫(yī)療電子產(chǎn)品的電磁兼容設計方法、要點。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. 測試標準歐洲標準IEC60601-1-2:2007 國家標準YY0505-2012 3. 產(chǎn)品主要接口信息外部接口名稱接口負荷連接備注AV復合視頻接口AC220V電路接口220V喇叭接口（耳機接口）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)模轉換模塊數(shù)模信號轉換窄帶騷擾微處理器（CPU電路）中央處理單元工作頻率50MHz晶振提供時鐘源工作頻率20MHz晶振提供時鐘源工作頻率12MHz晶振提供時鐘源工作頻率32.768MHz晶振提供時鐘源工作頻率10.25MHzDDR2內存工作頻率360MHz5. 產(chǎn)品結構信息機體結構特性部件組合形式開孔類型金屬插框式架構搭接通風開孔接口開孔（電源及通訊信號）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PS2電纜屏蔽電纜鍵盤STAT電纜屏蔽電纜存儲硬盤三、 產(chǎn)品EMC設計方案列舉以上產(chǎn)品信息部分項目EMC設計方案本方案由電磁兼容

5、設計平臺（EDP）軟件自動生成1 USB接口電路 原理圖的EMC設計 USB 2.0接口防靜電設計圖1 USB 2.0接口防靜電設計接口電路設計概述：本方案從EMC原理上，進行了相關的抑制干擾和抗敏感度的設計；從設計層次解決EMC問題。電路EMC設計說明：（1） 電路濾波設計要點：L1為共模濾波電感，用于濾除差分信號上的共模干擾；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 ；磁珠在選取時通流量應符合電路電流的要求，磁珠推薦使用電源用磁珠；C1、C2兩個電容在取值時要相差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，耐壓要求達到2KV以上，C3容值可根據(jù)測試情況進行調整；（2） 電路防護設計要點D1、D2和D3組成USB接口防護電路，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電路進行沖擊，導致內部電路工作異常。D1、D2、D3選用TVS，TVS反向關斷電壓為5V；TVS管的結電容對信號傳輸頻率有一定的影響，USB2.0的T

7、VS結電容要求小于5pF。接口電路設計備注：如果設備為金屬外殼，同時單板可以獨立的劃分出接口地，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設計1. 無源晶體電路圖1 無源晶體電路原理圖EMC設計說明： （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)實際的情況更換為低阻抗的磁珠； （3） C3為預設計，可根據(jù)測試情況增加或調整； 2. 有源晶振電路圖2 有源晶振電路原理圖EMC設計說明： （1） R1為預留匹配設計，可根據(jù)實驗情況 進行調整

8、或更換磁珠處理； （2）C1為預留設計，可根據(jù)實際情況進行增加或調整處理。 3 產(chǎn)品結構設計要求：4.1產(chǎn)品結構特性：插框式金屬架構4.2結構設計要求：一般要求4.3 屏蔽設計要求：通風開孔結構設計： （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/電氣設備的首選材料，而需要較大承重或較高結構剛性的應當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，設計成一定面積的開孔陣列，可采用增加孔深，減小孔直徑，同時增加孔密度和數(shù)量的方法，首選圓孔，其次方孔，避免長腰孔；通常應用推薦使用孔直徑D4mm，孔間距L6mm；如下圖所示： 圖1 通風開孔的處理方式（

9、俯視圖） 布局設計： （1）開孔部分與單板距離要求大于5cm，特別要遠離單板上的CPU及晶振；（2）內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. 線纜設計 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)單獨的“尾巴”現(xiàn)象。 USB2.0 AF連接器 普通型圖2 USB-2.0信號電纜電纜設計：（1） USB-2.0信號電纜采用網(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） 內部組線時，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)內徑與電纜的外徑要緊密結合，盡量選擇厚長型的磁環(huán)。走線設計：（1） USB-2.0信號電纜走線時要求遠離其他強干擾源，如電源模塊；（2） 電纜走線最好單獨走線或與其他模擬以及功率