医用超声流量计PCB板电磁兼容与信号完整性研究

发布时间：2017-08-16 10:32

  本文关键词：医用超声流量计PCB板电磁兼容与信号完整性研究

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【摘要】：随着科学技术的快速发展,医疗电子产品的工作频率越来越高趋于高速化,功能需求越来越强大趋于智能化,产品模型越来越小趋于Mini化,电路板层越来越多且越来越密,与此同时与电磁兼容(Electromagnetic Compatibility, EMC)相关的一系列问题日益凸显,比如电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)、信号完整性(Signal Integrity, SI)、电源完整性(Power Integrity, PI)问题等。因此,为了保证医疗电子产品工作的可靠性,深入研究电路板电磁兼容显得迫切而必要。本文针对医疗电子产品医用超声流量计印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)的电磁兼容性和信号完整性展开研究。通过对相关理论知识的深入研究,将PCB板级设计所涉及的EMC、SI(包含PI)相关理论与Ansys公司的电磁分析工具紧密结合,提出了电磁协同仿真与设计的方法,对PCB进行EMC、SI(包含PI)的电磁分析、设计与优化,并在第三方测试与认证机构(南德意志集团无锡分公司)进行EMC(电磁抗扰度和电磁干扰方面)测试,以此评估和验证PCB板设计是否满足工作需求。论文首先介绍EMC、SI(包含PI)相关理论,并提出超声流量计的电磁协同仿真方法。随后,利用Designer和SI Wave软件对研究对象进行频域和时域分析：频域内,利用SI wave软件对板级关键信号进行频域分析；时域内,利用Designer软件,结合S参数模型和IBIS模型对关键信号进行SI仿真；在进行板级PI仿真时,分别从谐振和阻抗特性方面对其分析,抑制或消除谐振所引起的电源噪声,保证系统工作时有稳定的电压；利用软件进行板极EMC仿真,并参照美国FCC衡量电磁干扰标准要求,分别从近场和远场对其进行分析；对硬件系统PCB上各关键信号进行时域波形测试,各关键信号具有较小可忽略的反射、串扰、过冲及下冲等信号完整性问题,验证了医用超声流量计满足SI的设计要求；IC供电端有较小的纹波电压,PCB整板具有较小的电磁噪声,验证了医用超声流量计满足PI设计要求。最后,通过实际EMC测试,验证了医用超声流量计满足EMC和SI设计要求,验证了本文提出的电磁协同仿真分析方法在医用超声流量计设计的可行性和有效性。论文详细分析和总结了PCB设计中电磁兼容和信号完整性设计理论,并将EMC、SI(包含PI)电磁协同仿真分析应用于医疗设备的硬件电路设计中,提高了PCB设计的可靠性,对提高医疗产品设计的质量以及PCB设计和优化有一定指导意义。
【关键词】：电磁兼容 信号完整性 印制电路板 医用超声流量计
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH789
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 绪论8-13
• 1.1 课题的研究背景与意义8-10
• 1.2 国内外电磁兼容发展状况10-11
• 1.2.1 国外电磁兼容研究状况10
• 1.2.2 国内电磁兼容研究状况10-11
• 1.3 国内外信号完整性发展状况11-12
• 1.3.1 国外信号完整性发展状况11
• 1.3.2 国内信号完整性发展状况11-12
• 1.4 本文主要研究内容与结构12-13
• 第2章 电磁兼容性与信号完整性理论分析13-28
• 2.1 电磁兼容理论分析13-16
• 2.1.1 定义13-14
• 2.1.2 电磁干扰三要素14
• 2.1.3 电磁干扰源分类14-15
• 2.1.4 电磁兼容控制技术15-16
• 2.2 信号完整性理论分析16-23
• 2.2.1 信号完整性基本概念16
• 2.2.2 信号完整性问题16-23
• 2.3 电源完整性理论分析23-26
• 2.3.1 电源完整性分析概述23-25
• 2.3.2 电源目标阻抗分析25-26
• 2.4 电磁兼容与信号完整性、电源完整性综述26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 仿真软件与模型概述28-35
• 3.1 仿真软件28-29
• 3.2 仿真模型29-34
• 3.2.1 SPICE仿真模型与建模方法29-31
• 3.2.2 IBIS仿真模型与建模万法31-33
• 3.2.3 IBIS模型与SPICE模型对比33-34
• 3.3 本章小结34-35
• 第4章 电磁协同仿真分析35-53
• 4.1 医用超声流量计介绍35-37
• 4.1.1 超声波测流量原理35-36
• 4.1.2 电路板功能结构36
• 4.1.3 PCB图简介36-37
• 4.2 信号完整性仿真37-44
• 4.2.1 信号完整性板级仿真方法37-38
• 4.2.2 仿真模型的建立38-39
• 4.2.3 确定关键信号和设定激励39-40
• 4.2.4 S参数(散射参数)模型40-41
• 4.2.5 仿真主要步骤41-43
• 4.2.6 仿真结果分析43-44
• 4.3 电源完整性仿真44-50
• 4.3.1 谐振仿真分析44-48
• 4.3.2 阻抗特性分析48-50
• 4.4 电磁兼容仿真50-52
• 4.4.1 远场仿真分析50-51
• 4.4.2 近场仿真分析51-52
• 4.4.3 远场、近场仿真结果分析52
• 4.5 本章小结52-53
• 第5章 试验验证53-67
• 5.1 波形验证53-55
• 5.2 电磁兼容试验测试55-66
• 5.2.1 电磁干扰测试55-59
• 5.2.2 电磁抗扰度测试59-66
• 5.3 本章小结66-67
• 第6章 总结与展望67-69
• 6.1 本文研究总结67-68
• 6.2 未来工作展望68-69
• 参考文献69-72
• 致谢72-73
• 在学期间发表的学术论文及其他科研成果73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 李晓梅;刘士龙;刘伟;;无线医疗设备的应用及安全[J];中国医疗设备;2011年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 刘捷;高频干扰对PCB电磁兼容性影响的分析与PCB优化[D];华中科技大学;2006年

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本文编号：682802