驯服电磁干扰——医用电气产品设计中的电磁兼容问题

    我国已发布了对医用电气设备进行电磁兼容性强制检测的标准。这就给产品设计人员提出了一个新的课题。很多设计人员比较重视产品的技术性能和指标,却忽视了电磁兼容性问题。待到产品送检后,被告知电磁兼容试验不通过时,才傻了眼。只好头痛医头,脚痛医脚,缺什么,补什么,费工费财。方知在方案阶段忽视了电磁兼容性设计是多么不值得。电磁兼容性是一门实践性很强的技术,不是阅读一些相关理论书籍就能解决的问题。国家对医用电气设备电磁兼容的要求和试验的规定是针对性很强的标准。在产品的设计中是必须认真考虑的。事实上,任何一台医用电气设备,由于自身技术指标的需要,设计人员多少都已经考虑到电磁兼容性的问题。例如,现在一台最普通的心电图机,从电路设计、印刷电路板排列、整机结构等,都较早期的心电图机大不一样了。多年的实际使用,要求心电图机不断改进、升级。因此增加了浮地电路、去颤保护电路、防高频手术刀电路、低通滤波、肌电滤波、起搏脉冲抑制电路,因防静电而设置的放电回路等技术,而这些电路恰恰是电磁兼容性所要求的。因此说,电磁兼容问题的提出其实际使用中客观要求的必然结果。我们仍然以ECG8800(A)心电图机为例,讨论设计中有关电磁兼容性的一些方法与手段。

    1. 设计布局

    1.1电源(包括开关电源)和高频部分要尽量远离功能电路,必要时考虑屏蔽。1.2信号电路(包括高增益放大电路)要合理安排,最好加以屏蔽。1.3模拟电路与数字电路要尽量分开布局。1.4时钟与高频振荡电路应尽量远离信号电路,必要时加以屏蔽。1.5I/O接口位置的选择。1.6印板与印板之间位置的安排,可考虑加退耦器件。1.7信号线、功能线、电源线、地线要合理安排走向。1.8机箱结构应考虑屏蔽功能,塑料外壳内侧应加电磁屏蔽垫片。从ECG 8800(A)总框图可见图1,电源部分被安排在机器底壳位置,控制部分及主放大板被安排在上盖位置。前置放大部分电路采用浮地接法。导联线(信号输入线)与电源输入线被安排在机器左右侧面上。

    2 .印刷电路板

    2.1排印板时,首先考虑电源线、地线、I/O线位置。2.2电源线与地线应尽量靠近,如果是双面板,最好安排在同一位置的正反面。2.3不同速度的电路要分开布局。2.4数字电路与模拟电路要分开

布局。

2.5尽量避免两条不同功能的线长距离平行靠近走向。2.6印板线条宽度不要突然变窄,走向不要突然90度转弯。2.7若需要多层板,根据上述原则,不同电路最好分层布局,一般情况是,关键信号电路安排在顶层,紧接着是地面层,再是电源层。建议:四层板:信号层、地层、电源层、信号层;六层板:信号层、地层、信号层、电源层、地层、信号层;八层板:信号层、地层、信号层、地层、电源层、信号层、地层、信号层。在印刷板上,不允许有两个以上的地点与机壳地(或安全地)相连接。ECG 8800(A)的前置放大板、控制板、主放大板、电源板被合理地分开布局,而每块印板的排列也基本遵循上述原则。