探索快樂媽咪胎語儀安全性的硬件設(shè)計(jì)
泡泡網(wǎng)前沿電子頻道12月24日 快樂媽咪胎語儀是針對母嬰市場的智能硬件產(chǎn)品,這個(gè)市場的消費(fèi)者對于電磁輻射特別敏感,對于所使用產(chǎn)品的電磁干擾和電磁輻射水平非常關(guān)注,因此快樂媽咪的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在電路設(shè)計(jì)以及產(chǎn)品用料上嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真,沒有絲毫妥協(xié)。電路設(shè)計(jì)和產(chǎn)品用料上的許多細(xì)節(jié)不被一般人關(guān)注，但正是這些超越極致的設(shè)計(jì)，使得快樂媽咪胎語儀這款智能硬件設(shè)備達(dá)到了零電磁輻射，完全消除了孕婦這個(gè)群體對電磁輻射的擔(dān)憂。
專利的接口電路隔絕來自手機(jī)的任何干擾信號
快樂媽咪胎語儀設(shè)計(jì)有專利的手機(jī)接口電路,通過設(shè)置屏蔽電纜和局部屏蔽及泄放元件進(jìn)行保護(hù)。快樂媽咪胎語儀選用隔離性能好的元器件、優(yōu)良的電源、電源線路和信號線走線更加合理，采用了導(dǎo)電、導(dǎo)磁性良好的材料進(jìn)行屏蔽處理，以防止外界干擾信號的影響。
同時(shí),快樂媽咪胎語儀加強(qiáng)了電源調(diào)整與保護(hù): 電源波動造成電壓畸變或毛刺，將產(chǎn)生不良影響。對探頭等核心部件所需要的電源采用多級濾波處理，并用電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)電壓的波動和過電壓、欠電壓的影響。
快樂媽咪胎語儀電路布線時(shí)反復(fù)推敲,使電源線平行走線，電源線對地呈低阻抗，以減少電源噪聲干擾,也大大提高了系統(tǒng)抗電磁干擾的能力,考慮到其屏蔽層接地方式不同，對干擾抑制效果不一樣, 輸入、輸出線應(yīng)用雙絞線且屏蔽層可靠接地,最大限度地抑制共摸干擾。
快樂媽咪胎語儀對于加強(qiáng)了信號線引入的防干擾措施。通過半導(dǎo)體器件調(diào)制變換，然后進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換，同時(shí)對隔離后信號的供電電源進(jìn)行隔離處理。從而保證了快樂媽咪胎語儀變換后的信號、電源、地之間絕對獨(dú)立,有效地解決了干擾問題。
快樂媽咪胎語儀采用耳機(jī)音頻接口，不傳輸任何數(shù)字信號，從根本上杜絕USB接口的數(shù)字信號或藍(lán)牙接口或無線信號帶來的任何電磁輻射干擾。
最大程度消除電磁干擾
快樂媽咪的全新PCB采用四層板設(shè)計(jì)，雙層屏蔽，良好的設(shè)計(jì)加上不妥協(xié)的用料做工，進(jìn)一步的優(yōu)化了走線，并且有了獨(dú)立的電源層和地層，使得數(shù)字信號的高頻干擾可以得到很大程度上的改善。
快樂媽咪采用了成本高昂的四層PCB板，與類似產(chǎn)品采用的雙層板相比，它對電路板的電磁兼容起到了很大的改善?？鞓穻屵涮フZ儀的四層設(shè)計(jì)電路板，中間層用作電源層和地層，這樣的做的好處有以下幾個(gè)方面：
1. 電源線和地線的電感量大大減小，從而降低了電源線和地線的噪聲電壓。
導(dǎo)線電感的計(jì)算公式：
L=0.2S[ln(4.5/d)-1](uH)
S——導(dǎo)線長度
d——導(dǎo)線直徑
L——導(dǎo)線的電感量
從式(1—1)中可以看出，導(dǎo)線的寬度可以影響電感，在四層板中，電源線和地線做為一個(gè)平面，導(dǎo)線的寬度是整個(gè)PCB所以電感量會大大降低。從這個(gè)公式也能看出，在高頻的情況下，導(dǎo)線的距離要盡可能的短，因?yàn)殡姼辛亢烷L度成線性比例關(guān)系,在四層板中地線與電源線在整層PCB分布,最短距離已至可以忽略。
2. 電源層和地層形成較大的分布電容，為電源提供了很好的高頻解耦作用，從而減小了電源線上的噪聲。
分布電容的計(jì)算公式，（平行板電容器）
C=εS/4πkd
ε——為電介質(zhì)常量
S——為電容極板的面積
K——為靜電力常量
d——為極板間的距離
為了得到更好的解耦效果，電源層和地層之間使用介電常數(shù)高的絕緣介質(zhì)?？鞓穻屵涮フZ儀采用一種四功能(Tera-Function)的環(huán)氧樹脂加上填充劑(Filler)以及ROSH環(huán)保纖維所做出的復(fù)合材料為基材的PCB板。
3. 獨(dú)立的電、地層可以使所有的信號環(huán)路面積最小。
電源環(huán)天線在遠(yuǎn)場區(qū)（D>λ/2π）的輻射特性
H=Π*I*A/λ*λ*D (A/m)
E= Z0*π*I*A/λ*λ*D (V/m)
H——電流環(huán)輻射的磁場
E——電流環(huán)輻射的磁場
I—環(huán)路電流
A—環(huán)路面積
λ——電流頻率對應(yīng)的波長
D——觀測點(diǎn)到電流環(huán)的距離
Z0——自由空間的特征阻抗。
從上式可以看出，在遠(yuǎn)場區(qū)，電場、磁場的輻射強(qiáng)度都隨頻率的平方增加，脈沖信號中包含了大量的高頻成分，輻射效率很高，減小環(huán)路面積可以有效使H、E減小。
快樂媽咪胎語儀電路板的疊層順序：
TOPLayer: 信號層，布元器件，并用GND整層覆銅；
MidLayer1：中間層 本層主要布電源線和地線，并用GND整層覆銅；
MidLayer2：中間層 本層主要布電源線和地線，并用VCC整層覆銅；
BottomLayer：信號層，布適量貼片元器件，并用GND整層覆銅。
PCB屬于模擬、數(shù)字混合系統(tǒng)，快樂媽咪胎語儀PCB設(shè)計(jì)基本采用大面積鋪地的方法。大面積鋪地的主要是主地層和表層地層，信號層不走線的位置也會鋪地。
快樂媽咪胎語儀在PCB設(shè)計(jì)時(shí)用一到兩層完整的地做主地層:
為各個(gè)信號電源提供參考零電位
? 為各個(gè)信號、電源提供回流路徑
? 為射頻微帶線、帶狀線控制阻抗做參考平面
? 為關(guān)鍵信號做屏蔽作用
? 增加設(shè)備地的電荷容量，提高了抗靜電騷擾性能
? 降低個(gè)器件直接地直接的阻抗，提高了EMC性能等。
快樂媽咪胎語儀四層PCB設(shè)計(jì)表層沒有較長的線，除器件外基本由大面積地覆蓋，表層地的作用一般為：形成一個(gè)“法拉第籠”，大大增強(qiáng)了抗外界騷擾特性，包括電磁騷擾和靜電騷擾等，整個(gè)PCBA相當(dāng)于一個(gè)籠體，籠體是一個(gè)等位體，內(nèi)部電勢為零，電場為零，騷擾電荷分布在表層地上。外層地也同時(shí)增加了設(shè)備地的電荷容量，進(jìn)一步提高抗靜電騷擾性能。外層地同樣起一個(gè)電磁屏蔽作用，屏蔽內(nèi)部數(shù)字信號、數(shù)字時(shí)鐘、電源等產(chǎn)生的輻射，使這些輻射不至于干擾到其自身容易受干擾的電路（主要是射頻）和其它電子設(shè)備，提高電磁兼容性能。
理論計(jì)算表明,快樂媽咪胎語儀所發(fā)生的電磁泄露或輻射甚至低于與城市生活的本底電磁輻射數(shù)值或者說基本湮沒于本底電磁輻射的背景之下。
一般國內(nèi)城市本底電磁輻射數(shù)值（處于城市郊區(qū)）的最低水平能達(dá)到: 電磁輻射綜合場強(qiáng)0.3V/m, 功率密度0.026 lw/cm2 （參見第22卷第5期2009年10月《污染防治技術(shù)POLLUTION CONTROL TECHNOLOGY》南京市環(huán)境監(jiān)測中心站宋永忠等論文《南京市城區(qū)電磁輻射本底水平調(diào)查》。
實(shí)測結(jié)果
實(shí)測結(jié)果表明采用市售的手持式電磁輻射測試儀(測試精度綜合場強(qiáng)1V/m ，功率密度10uw/cm2)的檢測結(jié)果為0, 可以看出測試數(shù)值已低于測試儀的最低靈敏度! 充分證明了快樂媽咪胎語儀針對電磁泄露以及電磁輻射的成功設(shè)計(jì)和生產(chǎn)?！?/P>
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