第一篇：接地處理對電磁兼容性的作用

接地處理對電磁兼容性的作用

圈子類別：電子(未知)2010-3-19 18:18:00

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按照工程要求,許多電氣電子設備或系統(tǒng)必須進行電磁兼容性設計考核控制,為了使設備滿

足相關的電磁兼容性標準和工程要求,合理的屏蔽、濾波、接地、隔離等措施是必不可少的。對于較復雜的設備,由于構(gòu)成設備的電磁兼容性能的因素復雜,并且設備的屏蔽、濾波、接地以及布線等設計效果是相互關聯(lián)的,一般情況下,不可能由某一單項措施完成解決設備的電磁兼容性問題,多數(shù)設備必須是各種措施綜合應用。另外,有些情況下,某種措施應用不恰當或工藝處理不到位也會使設備的電磁發(fā)射得不到良好控制。這里,我們將介紹電纜屏蔽層、濾波器接地對設備或系統(tǒng)的電磁發(fā)射和電磁敏感度影響的幾個實例。良好的接地處理對設備電磁發(fā)射的改善

某一電子控制設備在使用中與其他設備之間有多路外接控制信號,由于檢測無法模擬實際使用狀況,設備考核時只是運行在設備自檢狀態(tài),并使設備內(nèi)部電路或功能模塊盡可能投入工作。設備將許多外接信號電纜孔進行了電磁密封,這樣,該設備由外接電纜引出的電磁發(fā)射受到了限制。

設備的濾波、內(nèi)部干擾源模塊屏蔽、外殼結(jié)構(gòu)屏蔽設計均考慮比較周到。

但第一次測試CE03、RE02超標較為嚴重。打開機柜我們發(fā)現(xiàn),設備內(nèi)部有些方面還欠考慮,并發(fā)現(xiàn)設備的電源濾波器安裝底座表面涂有油漆,濾波器沒有良好的接地可能是CE03、RE02嚴重超標的主要原因。

我們檢查了濾波器的安裝情況,將濾波器安裝底座表面油漆鏟除并涂敷導電膠,使濾波器殼體與設備機殼得到良好地面接觸、將風機的電源線先經(jīng)過濾波器然后供風機等等。僅18.8MHz超標30dB。測試現(xiàn)場對RE02結(jié)果再次進行分析、進一步整改,將設備內(nèi)部開關電源屏蔽罩由懸浮改為接機殼地后,RE02發(fā)射下降很大,僅在19.3MHz超標5dB。電纜屏蔽層接地對提高設備或系統(tǒng)敏感度的作用

(1)某動力裝置綜合控制系統(tǒng)共有20多臺套設備,具有冷、熱啟動;自動測試和遙操;對運動參數(shù)進行轉(zhuǎn)換、隔離、放大等的操作與管理等功能。系統(tǒng)的電磁兼容性直接影響該動力綜合控制系統(tǒng)的安全和可靠運行,因此,該動力綜合控制系統(tǒng)一直很重視電磁兼容工作。

在電磁兼容性設計中,該系統(tǒng)從元器件的選擇嚴格把關,電路設計中通常的信號隔離、電源線加磁環(huán)等方法均做到了合理應用,尤其是對機柜的結(jié)構(gòu)、工藝投入了相當?shù)木唾Y金,就設備的敏感度而言考核全部合格。

但是,在設備連接成系統(tǒng)后,系統(tǒng)有些細節(jié)被忽視,出現(xiàn)了敏感現(xiàn)象。系統(tǒng)中某裝置與該動力

裝置綜合顯控臺互連電纜沒有屏蔽層,線上注入CS114干擾在1.2MHz~3MHz時,數(shù)據(jù)傳遞出現(xiàn)了誤碼。

另外,該系統(tǒng)測量裝置與探測器之間的互連線是專門研制的抗輻射電纜,其外層有屏蔽波紋

管。由于試驗中屏蔽波紋管兩端接地處理不規(guī)范、不到位,當線上注入CS114干擾在0.95MHz~2.05MHz時,顯示的計數(shù)率出現(xiàn)不正常值。第一個問題中我們將原互連電纜換成屏蔽電纜并進行了較好接地處理,第二個問題中我們將屏蔽波紋管接地進行了規(guī)范處理,再次進行了CS114干擾注入,設備敏感現(xiàn)象消失。

(2)某設備顯控裝置敏感度試驗中,在其電源線上施加CS06尖峰干擾,在施加干擾規(guī)定的時

間內(nèi)該設備顯示器出現(xiàn)了黑屏。設備單位對此問題進行了綜合性整改,如顯示器電源加對地電容、整理內(nèi)部走線等,另外一項整改措施是將視頻電纜屏蔽層的兩端接地(原視頻電纜屏蔽層兩端均未接地)。經(jīng)過上述改進重復試驗設備顯示正常。

多年的工作實踐我們發(fā)現(xiàn),當電磁兼容性與設備、系統(tǒng)的功能、性能直接相關時,設計師們對此是比較關注的,而當電磁兼容性與設備、系統(tǒng)的功能、性能沒有直接關系的地方,如結(jié)構(gòu)、布線、工藝等方面則容易被忽視,其實,多數(shù)情況下設備、系統(tǒng)發(fā)生敏感問題多為此類原因造成,而且,一旦問題發(fā)生整改所需的代價有時也是很大的。

第二篇：電磁兼容性基礎知識及其實現(xiàn)-接地(連載5)

電磁兼容性基礎知識及其實現(xiàn)-接地(連載5)

3.1屏蔽的理論方法

3.1.1電纜選擇原則

選擇導線電纜，是根據(jù)傳輸信號電平或功率電平，頻率范圍，敏感情況，隔離要求確定，只有分析信號電平與波形，才能正確規(guī)定選用導線電纜。

一般原則如下： ·電源線，如此等380伏交流，220伏交流，27伏直流，一般不用屏蔽電纜，但電源線干擾大時例外?！さ皖l信號線，隔離要求很嚴格的多點接地和單點接地線路，用屏蔽雙絞線。

·單點接地的音頻線路和內(nèi)部電源線，用雙絞線。

·在重要發(fā)射射頻脈沖、高頻、寬頻帶內(nèi)阻抗匹配等處，用同軸線。

·數(shù)字電路，脈沖電路，用絞合屏蔽電纜，有時需要單獨屏蔽。

·高電平電源線，用鍍鋅鋼管屏蔽。

·多點接地的音頻或電源線，需要用屏蔽線。

·對低頻儀表，可用單芯、單屏蔽導線。當傳輸中等信號電平并有良好接地系統(tǒng)時，效果比較好。

3.1.2屏蔽的理論方法

電磁波理是經(jīng)典的理論。麥克斯威爾、法拉第和其它人在電子學之前就建立了描述電場和磁場的基本方程式。

然而，對實際中的復雜硬件幾乎不能直接應用這些方程式。電場和磁場的衰減用從試驗中得到的方程式能夠更好的表達，這些方程式在屏蔽的設計中廣泛應用。有許多因素會影響電磁能量源周圍的場。

源的種類賦予了場一些特征，如輻射幅度。距離源的距離和電磁波傳輸?shù)拿浇榈奶匦远紩绊憟雠c屏蔽之間的相互作用。

在電磁屏蔽中，波阻抗Zw是聯(lián)系這些參數(shù)的有用的概念。波阻抗定義為電場E與磁場H的比值。

源上的驅(qū)動電壓決定了干擾的特性。例如，環(huán)天線中流動的電流與較低的驅(qū)動電壓對應。結(jié)果是在天線附近產(chǎn)生較小的電場和較大的磁場，具有較低的波阻抗。

另一方面，四分之一波長的距離上，所有源的波的阻抗趨近于自由空間的特征阻抗，377歐姆。這時，稱為平面波，作為參考，1MHz的波長是300m。

按照到源的距離，電磁波可以進一步分為兩種，近場和遠場。兩種場的分界以波長λ除以2π的距離為分界點。λ/2π附近的區(qū)域稱為過渡區(qū)。源與過渡區(qū)是近場，超過這點為遠場。近場波的特性主要由源特性決定，而遠場波的特性由傳播媒介決定。如果源是大電流、低電壓。則在的近場以磁場波為主。高電壓、小電流的源產(chǎn)生電場為主的波。

在設計屏蔽控制輻射時，這個概念十分有用。由于這時屏蔽殼與源之間的距離通常在厘米數(shù)量級，相對于屏蔽電磁波為近場的情況。在遠場，電場和磁場都變?yōu)槠矫娌?，即，波阻抗等于自由空間的特性阻抗。

知道干擾輻射的近場波阻抗對于設計控制方法是十分有用的。用能將磁通分流的高導磁率鐵磁性材料可以屏蔽200KHz以下的低阻抗波。反過來，用能將電磁波中電矢量短路的高導電性金屬能夠屏蔽電場波和平面波。入射波的波阻抗與屏蔽體的表面阻抗相差越大，屏蔽體反射的能量越多。因此，一塊高導電率的薄銅片對低阻抗波的作用很小。屏蔽效能SE等于吸收因子A加上反射因子R，加上多次返射修正因子B，所有因子都以dB表示。SE=A+R+B 表3.1和表3.2給出了不同的屏蔽效能，吸收損耗的計算公式如下：

對于任何電磁干擾，屏蔽作用由三種機理構(gòu)成。入射波的一部分在屏蔽體的前表面反射，另一部分被吸收，還有一部分在后表面反射.表3.1信號強度的衰減 表3.2屏蔽衰減極限值 dB 衰減的百分比 10 90 20 99 30 99.9 40 99.99 50 99.999 60 99.9999 70 99.99999 dB 評價 0～10 屏蔽很少 10～30 有意義的屏蔽的下限 30～60平均屏蔽量 60～90 屏蔽較好 90～120 屏蔽很好 120以上 現(xiàn)有技術的極限

表3.3給出了一些常用屏蔽材料的相對導電率和導磁率。如果吸收因子6dB以上，多次反射因子B可以忽略，僅當屏蔽層很薄或頻率低于20KHz時，B才是重要的。在設計磁屏蔽時，特別是14KHz以下時，除了吸收損耗外，其它因素都可以忽略。同樣，在設計電場或平面波屏蔽時，只考慮反射因子。當一束電磁波碰到屏蔽體時，在表面上感應出電流。屏蔽的一個作用是將這些電流在最小擾動的情況下送到大地，如果在電流的路徑上有開口，電流受到擾動要繞過開口。較長的電流路徑帶來附加阻抗，因此在開口上有電壓降。這個電壓在開口上感應出電場并產(chǎn)生輻射。當開口的長度達到λ/4時，就變成效率很高的輻射體，能夠?qū)⒄麄€屏蔽體接收到的能量通過開口發(fā)射出去。為了限制開口效應，一個一般的規(guī)則是，如果屏蔽體的屏蔽效能要達到60dB，開口長度在感興趣的最高頻率處不能超過0.01λ。每隔一定間隔接觸的復合或用指形簧片連接的縫隙可以作為一系列開口來處理。值得指出的是，材料本身的屏蔽特性并不是十分重要的，相比之下縫隙開口等屏蔽不連續(xù)性是更應該注意的因素。表3.3用于屏蔽的金屬特性 金屬 相對收導率σr 相對磁導率μr 銀 1.05 1 銅 1.00 1 鋁 0.61 1 鋅 0.29 1 黃銅 0.26 1 鎳 0.20 1 鐵 0.17 1000 銅 0.10 1000 化學鍍鎳 0.02 1

·最少保證２４小時的粘接時間。鉚釘安裝 鉚釘安裝可以提供緊固長久的接觸，塑料鉚釘或銅鉚釘都可以使用。點焊 安裝需要采用基本點焊方式。焊接 需要標準的低溫焊接技術完成，焊接劑通常為潔凈的液態(tài)非酸性物質(zhì)。金屬絲網(wǎng)纏帶 連載３曾經(jīng)介紹過編織金屬絲網(wǎng)襯墊。對于金屬網(wǎng)纏帶。它是由一根單一的連續(xù)金屬絲編制而成的。這種形狀不會因溫度的變化而改變。纏帶的末端可以焊接，壓接或用環(huán)氧導電膠粘接。將絲網(wǎng)纏帶以半重疊的方式繞制在電纜上時，它可能為電纜提供一層有效的屏蔽層。金屬絲網(wǎng)纏帶通常為雙層網(wǎng)狀，如有特殊需要，也可以生產(chǎn)成四層甚至更多層數(shù)。較寬的絲網(wǎng)纏帶還可以用于建造法拉第籠使用。通常此種襯墊是用蒙乃爾合金絲、鍍錫銅絲、不銹鋼絲、銅絲、鍍銀銅絲、鋁絲或錫銅合金絲編制而成的。螺旋管襯墊 另外一種在美國較受歡迎的襯墊是使用合金材料，通常是鈹青銅或者不銹鋼帶繞制成具有彈性，導電性和較低成本的螺旋管襯墊。屏蔽性能 這種襯墊可以提供極佳的屏蔽性能，它具有較低的接觸阻抗，它邊緣的鍍層可以為襯墊提供優(yōu)良的防腐蝕性能，適量的壓縮可以保證設備終生的優(yōu)良接觸。這種襯墊的屏蔽效果一般在８０dＢ以上。地于環(huán)境密封性要求更高的場合，可以使用由天然硅橡膠條和金屬螺旋管襯墊結(jié)合在一起的復合型襯墊，如下圖所示。在美國另外一種較受歡迎的襯墊是在有彈性的泡沫芯材上涂覆金屬化的物質(zhì)。它有彈性的外涂覆層可以提供比絲網(wǎng)襯墊多６０％－７０％，比指型簧片多４０％的接觸面，以便 /> 螺旋管襯墊——Ｄ型多重密封襯墊可同時提供ＲＦＩ／ＥＭＩ防護和環(huán)境密封金屬化的彈性襯墊

保證在兩個有細微不規(guī)則的金屬交配面間提供良好的接觸。有效的環(huán)境密封性能有時也可以通過特殊泡沫內(nèi)芯提供。它多維的細胞結(jié)構(gòu)滑入空隙和空格，柔軟的泡沫使得機箱的門更加易于開關和鎖緊。屏蔽性能 對于這種材料從３０ＭＨｚ到１ＧＨｚ可以達到平均６０dB的衰減。安裝磁屏蔽膠帶 對于小器件或者屏蔽要求不嚴格的場合可以用薄膠帶卷起來達到屏蔽的效果，很難確定需要繞多少圈。因為磁導率的下降與被屏蔽物體的形狀有關，通常要繞數(shù)圈，這相當于多層屏蔽。因此最后的方法是邊繞邊進行實際的測試，這種方法很容易進行修改，但很難獲得比較好的屏蔽效果。

機殼上的出入口問題，使用以前討論過的技術和材料，不難使一個機殼在從直流直到可見光電磁波頻率范圍內(nèi)提供１１０dＢ的屏蔽效能。當然，除了低頻磁場屏蔽，但在實際中不可能獲得理論上的屏蔽效果，因為機殼所必須的出入口和穿透孔破壞了機殼的完整性，使屏蔽效能降低，如下圖所示：

一些破壞機殼完整性的因素 加載硅樹脂填料。另一方法是指形物支撐，采用銅鈹合金指形支撐物應小心使用，那么就不太容易損壞。一般來講，最好的方法是采用編織導線網(wǎng)或加有金屬微粒的硅樹脂填料 第３章討論了在屏蔽門上用適當?shù)奶盍系膶嵺`，第９章討論了屏蔽室的門結(jié)構(gòu)。但是，除了門以外，在屏蔽的設計中需要考慮以下的一些或全部因素：

·蓋板；

·通用孔；

·測量儀表的指示窗；

·顯示窗；

·電位器軸；

·指示燈；

·保險絲；

·開關； ·電源線和信號線連接器?？刂戚S 使用金屬控制軸的地方，如電位器，控制軸要穿透屏蔽外殼。因此，它們應通過填充導電填料來密封，通常使用編織金屬網(wǎng)，控制軸應穿過填充的金屬絕緣管。典型的結(jié)構(gòu)如圖６.８所示，其中絕緣管與機殼面板電氣相連。

作者: 王清洲 日期: 2001-7-19

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第三篇：IGBT模塊電磁兼容性設計

IGBT模塊電磁兼容性設計

（1）IGBT模塊的優(yōu)化布局

變流器主電路在空間產(chǎn)生的磁場強度隨輸入、輸出母線中通過電流的強弱而變化，同時IGBT模塊產(chǎn)生的空間交變電磁場的強度隨其兩端電壓和電流突變的劇烈程度而變化。這些干擾信號很容易耦合到IGBT模塊的驅(qū)動線上。通過合理的布局，可以使在功率驅(qū)動端附近和驅(qū)動線一帶的空間交變電磁場強度最小，即干擾信號最小。設計中應采取以下措施。1）從濾波電容到IGBT模塊的直流連接采用雙層鍍錫銅板疊加技術。2）輸入、輸出母線與外部直流輸入端和外部交流輸出端采用銅條連接。

這種結(jié)構(gòu)不僅可以減小寄生電感，而且對于IGBT模塊產(chǎn)生的空間交變電磁場起到了很好的屏蔽作用。

（2）IGBT模塊的接地設計

當IGBT模塊的柵極驅(qū)動或控制信號與主電流共用一個接地回路時，在開關過渡過程中，由于主電流具有很高的di/dt，功率電路漏電感上有感應電壓存在。一旦發(fā)生這種情況，電路中應該為“地”電位的各點實際上會處于高于“地電位”幾伏的電位上。這個電壓會出現(xiàn)在IGBT模塊的柵極，從而使IGBT模塊有可能誤導通。為了避免這個問題的出現(xiàn)，需要慎重考慮柵極驅(qū)動與控制電路的設計。在設計中應采取以下措施。

1）下橋臂每個柵極IGBT驅(qū)動電路都采用了分離絕緣措施，且各自的電源零線按在IGBT模塊的輔助端子上，不與主電流共用電流支路，以消除接地回路噪聲問題。2）在功率器件關斷期間，使用負的反向偏置電壓，以避免噪聲干擾。

經(jīng)過電磁兼容性設計的變流器，在實際運行中可以獲得良好的技術性能指標，對此可以得到以下結(jié)論。

1）變流器所處的電磁環(huán)境十分復雜，帶來很多電磁干擾，良好的電磁兼容性設計是變流器安全可靠運行的關鍵。

2）吸收電路設計是變流器電磁兼容設計的難點，由于在功率母線的設計中采用了獨特的雙層鍍錫銅板疊加技術，母線電感足夠小，吸收電路只需簡單的無感電容即可。3）在設備或系統(tǒng)設計的初始階段應同時進行電磁兼容設計，把電磁兼容的大部分問題解決在設計定型之前，這樣可得到最高的性能價格比。

第四篇：高速電路板電磁兼容性分析

畢 業(yè) 論 文

論文題目： 高速電路板電磁兼容性分析

系 部：

專業(yè)名稱： 班 級： 學 號： 姓 名： 指導教師： 完成時間： 年月 日

高速電路板電磁兼容性分析

摘要：本文首先對電磁兼容的基本概念作出了簡要的回答，接著引出了在高速電路板中存在的電磁兼容問題，主要是其產(chǎn)生的原因，重點是電磁干擾的內(nèi)容，以及相應的解決辦法。由這些問題給出了高速電路板在電磁兼容性上的設計方法，包含了元器件的放置、去耦電容的放置等基本原則。最后通過對PCBMOD仿真軟件的簡單介紹使PCB板的EMC問題在計算機輔助軟件的幫助下大為簡化，使復雜的問題在現(xiàn)實應用中的解決成為可能。

關鍵詞：電磁兼容性（EMC）；電磁干擾（EMI）；電磁敏感性（EMS）

High speed circuit board electromagnetic compatibility analysis

Abstract: This article first has made the brief reply to the electromagnetic compatibility basic concept, then has drawn out the electromagnetic compatibility question which exists in the high-speed circuit board, mainly is the reason which it produces, the key point is the electromagnetic interference content, as well as corresponding solution.Has given the high-speed circuit board in electromagnetic compatibility design method by these questions, has contained the primary device laying aside, the decoupling electric capacity laying aside and so on the basic principle.Finally through causes PCB to the PCBMOD simulation software simple introduction the board the EMC question to assist the software in the computer under the help is greatly the simplification, causes the complex question in the reality application solution into possible

Key words: Electromagnetic compatibility（EMC）； Electromagnetic interference（EMI）；Electromagnetic sensitivity（EMS）

目錄

引言...............................................................................................................................3 1.電磁兼容性的概念與內(nèi)容........................................................................................3

1.1電磁兼容的概念.................................................................................................................3 1.2電磁兼容包含的內(nèi)容.........................................................................................................4

2.高速電路板的電磁兼容性........................................................................................4

2.1高速電路板電磁干擾的產(chǎn)生原因.....................................................................................4 2.2電磁干擾的解決辦法.........................................................................................................6

3.PCB板電磁兼容性設計原則及方法.......................................................................7

3.1 元器件的放置....................................................................................................................7 3.2 PCB板的疊層布線............................................................................................................8 3.3 去耦電容的放置及使用方法............................................................................................8

4.PCB板的EMC仿真分析........................................................................................8

4.1 EMC仿真介紹..................................................................................................................8 4.2 PCBMOD仿真軟件..........................................................................................................9

5.應用單片機設計PCB板........................................................................................10

5.1設計流程...........................................................................................................................10 5.2設計注意事項...................................................................................................................11

結(jié)束語.........................................................................................................................12 參考文獻.....................................................................................................................13 致謝詞.........................................................................................................................14

引言

科學技術的發(fā)展，特別是集成電路的發(fā)展，帶動著高速電路的飛速發(fā)展，電子設備體積越來越小，集成度卻越來越高，高速、高密度的數(shù)字電路設計成為主要發(fā)展方向。隨著邏輯電路中時鐘頻率的提高、板上器件數(shù)和布線數(shù)的不斷增加，印制板的電磁兼容性問題越來越突出。這些問題的解決直接關系到數(shù)字電路功能的實現(xiàn)和電子設備的質(zhì)量。

正如前面所說，電路工作頻率的越來越高使電路板的EMC問題越來越復雜，現(xiàn)在的CPU的工作時鐘頻率已經(jīng)達到4GHz。正因如此，才需要我們深入研究高速電路板的電磁兼容性問題，盡可能早的發(fā)現(xiàn)問題，并實現(xiàn)PCB板的EMC設計所提出的要求，就可以避免產(chǎn)品定型生產(chǎn)之后再解決問題所帶來的成本上升和時間的延誤。

1.電磁兼容性的概念與內(nèi)容

1.1電磁兼容的概念

在現(xiàn)代社會里，微電子技術已深入到各個領域。由于電子技術中的高頻器件占據(jù)很大的份額，使人們并不希望見到的電磁輻射幾乎無處不在，形成了一種所謂的電磁污染。此外由于工作空間的狹窄，許多電磁能量的輻射體與接受裝置不得不現(xiàn)相互為鄰，影響到這些設備的正常工作與效率。這些問題的解決都需要用到電磁兼容（Electromagnetic Compatibility, EMC）的相關理論。國際電工委員會對電磁兼容性的定義為：EMC是電子設備的一種功能，電子設備在環(huán)境中完成其功能，而不產(chǎn)生不能容忍的干擾。電磁兼容性問題已經(jīng)形成一門新的學科，也是一門以電磁場理論為基礎，包括信息、電工、電子、通信、材料、結(jié)構(gòu)等學科的邊緣科學。電磁兼容性問題也是要求多動手實踐的一門技術，僅僅是理論知識的積累只能將理解停留在表面，只有多動手操作，多掌握實踐經(jīng)驗才能深入掌握分析的技巧。

1.2電磁兼容包含的內(nèi)容

根據(jù)IEC給出的定義我們可以用一種通俗說法：EMC就是研究設備或系統(tǒng)的電磁干擾和抗擾度的問題，也就是說所有的電子設備既不要成為一個電磁干擾源，對周圍的設備的正常工作產(chǎn)生不良影響；又能承受周圍電磁環(huán)境中從各種途徑傳輸?shù)母鞣N電磁干擾，而保證自身設備的正常工作。

電磁兼容（EMC）=電磁干擾（EMI）+電磁敏感度（EMS）

電磁干擾是指任何可能引起裝置、設備或系統(tǒng)性能降低或者對有生命或無生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象。任何一個電磁干擾現(xiàn)象的發(fā)生都要具備三個要素：干擾源，耦合途徑，敏感設備。

在電磁兼容理論中，電磁干擾源是指產(chǎn)生電磁干擾的器件、設備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)或自然現(xiàn)象。一般說來電磁干擾源分為兩大類：自然干擾源和人為干擾源。

敏感設備是指對電磁干擾發(fā)生響應的系統(tǒng)或設備的總稱。要注意許多電器裝置既是輻射體又是敏感體，如計算機內(nèi)部的時鐘脈沖頻率發(fā)生器工作時將泄漏出電磁輻射擔當干擾源的角色，但同時又易受到外界的電磁能量的影響而成為敏感體。

耦合途徑是指把能量從電磁干擾源耦合到敏感設備上，并引起該設備響應的媒介。一般有兩種方式：傳導耦合方式和輻射耦合方式。

傳導耦合：這種方式比較簡單，因為干擾源與敏感設備之間有明確的連接電路，電磁能量就沿著連接電路從干擾源傳輸?shù)矫舾性O備上。

輻射耦合：因為沒有具體的連接電路，電磁能量只能以電磁波的方式在空間傳播，從干擾源傳到敏感設備。

2.高速電路板的電磁兼容性

2.1高速電路板電磁干擾的產(chǎn)生原因

數(shù)字電路中，在系統(tǒng)時鐘頻率超過50MHz并且工作在這這個頻率之上的電路已經(jīng)占到整個電子系統(tǒng)的三分之一以上，或采用了上升／下降時間少于5ns的器件，就是高速電路，考慮傳輸線效應和傳輸延遲。實際上，信號上升沿與下降沿的諧波頻率比本身的頻率高很多，就導致不能按照理論傳輸來計算。數(shù)字電路 4 的時鐘信號包含了大量的諧波分量，因此數(shù)字電路的時鐘頻率就不能看成是PCB布線中的最高頻率，從而就為PCB板中通過射頻電流提供了先決條件。

又由電磁場基本理論的可知，當PCB印制線中存在射頻電流時，電流從電流源流到負載，通過返回路徑返回形成閉合回路，就會形成磁場，該磁場又會產(chǎn)生一個輻射磁場，與電磁波的形成與傳播類似，電磁場的交互作用實現(xiàn)了射頻能量的產(chǎn)生與傳播。因為PCB印制線與射頻電流返回路徑?jīng)]有完全重合，磁場與返回結(jié)構(gòu)間的磁通耦合就沒有達到百分之百，剩余的射頻電流就是在PCB板中引起電磁干擾的主要原因。如圖1所示

圖1 高速電路板電磁干擾產(chǎn)生原因

印制電路板中的電磁干擾問題包括高頻信號之間的串擾問題，高頻信號的電磁輻射問題，高頻信號傳輸?shù)姆瓷鋯栴}，其中尤以高頻輻射問題最為嚴重，因為頻率越高，印制線、電源線的阻抗就越高，因此就會通過公共阻抗耦合產(chǎn)生干擾，頻率增高會使寄生電容容抗減小，就容易發(fā)生串擾。

現(xiàn)具體說明如下：

（1）高頻器件輻射的電磁干擾，通常情況下，PCB板的工作頻率太高，布線布局不合理，沒有采取有效的屏蔽措施就會導致輻射干擾。數(shù)據(jù)顯示產(chǎn)生的干擾噪聲是時鐘頻率的3倍。

（2）系統(tǒng)電源自身的噪聲干擾。系統(tǒng)電源在提供能源的同時，也將其寄生的干擾噪聲加到電路中，系統(tǒng)中的模擬信號電路很容易受到此類干擾。

（3）大電流驅(qū)動電路產(chǎn)生的干擾，電路中大電流開關在動作時會產(chǎn)生電火 5

花干擾。

（4）高頻信號之間的串擾，信號在傳輸線上傳輸時，因為有電磁耦合，所以對相鄰的傳輸線會產(chǎn)生干擾。對于兩條信號之間的耦合問題，主要是信號線之間的互感和互容。

（5）高頻信號傳輸?shù)姆瓷鋯栴}，高頻信號在傳輸時，當源端與負載端阻抗不匹配時，就會在終端發(fā)生發(fā)射，使信號發(fā)生變形。

2.2電磁干擾的解決辦法

針對高速電路板中存在的電磁干擾問題，現(xiàn)提供以下解決措施：

（1）盡量選用頻率低的芯片來提高系統(tǒng)的抗干擾能力，頻率越高就越容易成為噪聲源，產(chǎn)生的高頻噪聲就越大，電磁干擾就越強，在設計時，在能滿足要求的情況下盡量使用頻率低的芯片。

（2）選用高精度的穩(wěn)態(tài)電源供電，電源供電時會將寄生的噪聲加到電路中，使用穩(wěn)態(tài)電源供電會減少這一類噪聲，還要增加電源線的寬度以減少環(huán)路電阻。

（3）設計高速PCB板時，信號的走線越短越好，過孔數(shù)目最好不要超過2個。

（4）減少信號間的交叉干擾，高頻信號傳輸時，會產(chǎn)生傳輸線效應（傳輸線不僅僅作為導線，還會產(chǎn)生分布電容和分布電感，影響信號的傳輸），導致傳輸信號的失真，高速數(shù)字信號傳輸時，會干擾與之平行的另一條傳輸線，這就是信號間的交叉干擾，為此要盡可能的縮短高頻器件間的連接線。

（5）PCB板的合理布局結(jié)構(gòu)，布局不當是造成干擾的主要原因，所以正確的布局布線是設備正常運行的基本保證之一。首先是PCB板的尺寸大小，尺寸太大會增加它的成本，降低它的抗噪能力，太小則臨近線條容易受到干擾。盡可能將強電信號與弱電信號分開，模擬信號與數(shù)字信號分開，用地線將兩區(qū)域分離，將模擬地與數(shù)字地分離，接于電源地，干擾源與敏感器件分離，元器件應均勻、整齊、緊湊的排列在PCB板上，盡量減少各元器件之間的引線和連接線。

（6）合理解決電源線和地線連接多造成的電磁干擾，大多數(shù)的電磁干擾都是通過地線引入的。地線存在阻抗，地線中流過電流時會產(chǎn)生電壓降，因為在地線中有了環(huán)路電流、電壓降，就產(chǎn)生了地環(huán)路干擾。解決方法就是切斷地環(huán)路，增加地環(huán)路阻抗。共用一段地線會產(chǎn)生公共阻抗耦合，解決辦法是為每個模塊提

供一個公共電位參考點，讓每個電路模塊的接電線最終匯流與公共電位參考點，由于只有一個參考點，也就沒有了公共耦合阻抗的存在，也就沒有了干擾問題。

（7）用去耦電容去除高頻噪聲，頻率越高容抗就越低，將其并聯(lián)在信號線與地線之間，就能濾除掉高頻噪聲。將每個芯片都加上一個電容不僅能儲存能量，還能旁路掉高頻噪聲，電容引線不宜過長，引線長了，其感應電感就越大，電容的諧振頻率就越低，旁路作用就會減弱。

3.PCB板電磁兼容性設計原則及方法

PCB板的電磁兼容性設計要遵循的原則有很多，這里只簡要介紹本文用到的幾條比較重要的準則。

①：信號電流環(huán)路面積要最小，眾所周知所有的電子信號有電壓也有電流，信號電流總是要形成閉合回路，把信號電流環(huán)路面積設計最小是為了防止信號輻射或耦合至其他電路，PCB設計者要為每個信號電流設計一條回到源頭的低阻抗路徑；②：不要在連接端口之間放置高頻電路，大部分從板上輻射出去和從外界耦合至板上的電磁能量都是從I／O連接端口這個路徑。③：控制數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換時間，時鐘信號的高次諧波是產(chǎn)生干擾的重要原因，通過控制信號的上升下降時間，可以很好的衰減高次諧波而不降低信號質(zhì)量和誤碼率。④:第一條規(guī)則告訴我們信號要有完整的閉合回路而不能存在間隙，如果回路平面出現(xiàn)縫隙會使高頻電流通過高阻抗的路徑回到源端，這會導致輻射電磁干擾。

基于這四個方面，對高速PCB板的EMI設計作一詳細介紹。

3.1 元器件的放置

元器件的放置非常重要，其直接導致信號的流向，應注意的方面很多。

㈠ 時鐘發(fā)生器的放置

時鐘信號為PCB板內(nèi)的高頻信號，所以它的走線應該設計的最短，不能在I／O接口附近。

也不能在例如DC電源這樣的內(nèi)部接口附近，時鐘電路不能放置在PCB 7

板的邊緣。

㈡ CPU／內(nèi)存的器件放置

和時鐘信號相同，CPU／內(nèi)存器件也是高頻器件所以也不能放置在I／O電路附近，同樣也不能放在內(nèi)部接口附近。

3.2 PCB板的疊層布線

1：高速總線和時鐘線是頻率最高的走線，所以要最先布線。

2：高速信號線和時鐘線要遠離I／O的接口處，這在元器件的放置中有所提及，原因也是頻率高易產(chǎn)生高頻干擾。

3：在高速、高頻和大電流流經(jīng)的區(qū)域不能有I／O信號線。

4：在同一疊層或臨近層上，時鐘線與I／O信號線不要平行或靠近以免發(fā)生串擾。

5：時鐘區(qū)域是高頻區(qū)域不能有無關的走線穿越，電源分割區(qū)域不能有無關的走線穿越是由原則四決定的。

3.3 去耦電容的放置及使用方法

1.符合高速定義的部件必須使用去耦電容。

2.去耦電容的走線越寬越好，這樣的走線阻抗越大。3.為集成電路的每一個電源管腳配置一個去耦電容。

4.每一個去耦電容都要通過走線接地，還要保證走線的電感達到最小。5.為了達到第四點中的走線電感最小，可以用兩根地線接去耦電容。

4.PCB板的EMC仿真分析

4.1 EMC仿真介紹 PCB板存在的EMC問題：

信號的串擾、反射造成信號的完整性問題 電源／地電壓的波動造成電源的完整性問題 電磁場的輻射造成電磁干擾和抗干擾問題

4.2 PCBMOD仿真軟件介紹

PCBMOD軟件主要適應于計算機、通信領域的PCB和電纜的EMC模擬。支持高速的數(shù)字信號、模擬信號或者模數(shù)混合信號以及電源的設計，可采用頻域和時域兩種方法對2D或3D線性傳輸線模型以及電源/接地問題進行分析。

PCBMOD可用于PCB板的EMC分析，有二維和三維場求解器及高級網(wǎng)絡仿真器，功能強大，提供PCB布線設計、器件布局和電源／地優(yōu)化設計等電磁兼容和信號完整性仿真分析,不僅可以直接導入多種PCB布線EDA軟件模型（如Protel等軟件）還能精確考慮串擾、趨膚效應等問題。其分析流程如圖2所示：

圖2 PCBMOD軟件EMC仿真流程

如圖所示，首先將PCB板的相關幾何尺寸的參數(shù)輸入到軟件中，接著就是 9

在二維或三維場求解器對它進行時域和頻域的EMC、EMI問題。在定義完PCB板的激勵、負載和相應的內(nèi)外部端口后對其進行電路網(wǎng)絡的分析，這得益于軟件內(nèi)置的CAD設計工具，下一步是電磁輻射的分析，包括電磁干擾和電磁敏感度兩個方面的分析，最后觀察得到的結(jié)果。

PCBMOD可以用在PCB和集成電路設計的各個階段，它包含了ATHOS，Static2D／3D和Stat Mod，對模擬和數(shù)字電路都可以分析。ATHOS是一個可視化PCB電路編輯器。Static2D／3D是一個基于BEM（邊界元方法）的二維或三維的模擬器，能分析數(shù)字電路和高頻模擬電路。Stat Mod 是個3D EMC頻域模擬程序，它利用了PEEC（部分元等效電路法）數(shù)值分析算法。它內(nèi)置了PCB設計CAD軟件。適應于低頻模擬電路。

5.應用單片機設計PCB板

5.1設計流程

單片機系統(tǒng)的設計主要包括電路原理圖的設計，PCB板的設計，制作軟件的編程，以及系統(tǒng)的集成等方面。

①根據(jù)需要，首先制定出總體方案，總體方案首先制定出硬件電路圖，包括單片機的選擇，單片機及擴展的設計，外部設備和接口設計等。

②根據(jù)原理圖設計PCB板也有一個具體的流程：開始→規(guī)劃電路板→設置參數(shù)→裝入網(wǎng)格表及元件的封裝→布置元件→自動布線→手工調(diào)整→存盤及打印輸出→結(jié)束。雖然這一過程主要是由Protel99SE完成，但仍需要注意一些問題：

（1）板的布局（2）高低壓之間的隔離（3）PCB板的走線（4）印制導線的寬度（5）印制導線的間距（6）印制導線的屏蔽與接地

③根據(jù)單片機所支持的指令系統(tǒng)和設計任務的基本要求確定軟件的設計內(nèi) 10

容。為使軟件設計工作思路清晰，一般把系統(tǒng)的全部軟件工作，劃分成幾個模塊，每個模塊就能完成一定的功能，每個模塊可相互獨立，又可通過指令相互聯(lián)系和調(diào)用。

5.2設計注意事項.單片機系統(tǒng)的設計涉及到許多問題，要注意的事項很多，這里只簡要介紹：

①單片機以及電路所用器件的選擇，包括單片機的選擇和電路器件的選擇兩個方面問題。

②PCB板設計應注意的問題：

（1）盡量控制噪聲源，盡量減小噪聲的傳播與耦合，盡量減小噪聲的吸收

（2）PCB板要合理分區(qū)，通常分為3區(qū)，即模塊電路區(qū)（怕干擾）、數(shù)字電路區(qū)（既怕干擾又產(chǎn)生干擾）、功率驅(qū)動區(qū)（干擾源）

（3）時鐘震蕩電路和特殊高速邏輯電路部分用地線圈起來，讓周圍電場趨近于零

（4）I／O驅(qū)動器件功率放大器件應盡量靠近板邊設計、靠近引出接插件

（5）單面板和雙面板設計中，地線和電源線要盡量粗，信號線的過孔要盡量少

③電路抗干擾問題，其解決主要可以從以下幾個方面考慮：

（1）電源抗干擾措施

（2）接地問題

（3）輸入輸出通道的抗干擾措施

（4）傳輸線的抗干擾措施

結(jié)束語

本文主要闡述了電磁兼容性的概念，高速電路板存在的電磁兼容性問題及解決方法，在此基礎上提出了幾點PCB板的設計方法，對高速電路板的EMC仿真作了簡要的介紹，最后結(jié)合所學單片機內(nèi)容對PCB板的設計給出了幾點意見。此次論文的完成與指導老師的耐心知道息息相關，希望老師能繼續(xù)嚴格要求，在現(xiàn)有的基礎上更上一層樓。

參考文獻: [1] 何為 楊帆，《電磁兼容原理和應用》，清華大學出版社，2009年

[2] 鄭軍奇，《電子產(chǎn)品設計EMC風險評估》，電子工業(yè)出版社，2008年 [3] 鄭軍奇，《EMC電磁兼容設計與測試案例分析》，電子工業(yè)出版社，2010年

[4] 李富同，《高速PCB板的電磁兼容性設計及仿真分析》，http://wenku.baidu.com/view/03254e21af45b307e8719748.html，2007年

致謝詞：

這次論文能夠順利完成,我得感謝我的指導老師以及幫助過我的同學,在這里我要深深的表示我的謝意!在本論文的寫作過程中，我的老師傾注了大量的心血，從選題到開題報告，從寫作提綱，到一遍又一遍地指出每稿中的具體問題，嚴格把關，循循善誘，在此我表示衷心感謝。

在此，我還要感謝在一起生活的大學同學，因為有了你們，我才能有了一個充實愉快的大學生活，直至論文答辯，直到畢業(yè)。最后，我要向百忙之中抽時間對本文進行審閱，評議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝。

第五篇：電磁兼容性實現(xiàn)途徑及方法

電磁兼容性實現(xiàn)途徑及方法

這要從分析形成電磁干擾后果的基本要素出發(fā)。由電磁騷擾源發(fā)射的電磁能量，經(jīng)過耦合途徑傳輸?shù)矫舾性O備，這個過程稱為電磁干擾效應。因此，形成電磁干擾后果必須具備三個基本要素：

1、電磁騷擾

任何形式的自然現(xiàn)象或電能裝置所發(fā)射的電磁能量，能使共享同一環(huán)境的人或其它生物受到傷害，或使其他設備分系統(tǒng)或系統(tǒng)發(fā)生電磁危害，導致性能降級或失效，這種自然現(xiàn)象或電能裝置即稱為電磁騷擾源。

2、耦合途徑

耦合途徑即傳輸電磁騷擾的通路或媒介。

3、敏感設備（Victim)

敏感設備是指當受到電磁騷擾源所發(fā)射的電磁能量的作用時，會受到傷害的人或其它生物，以及會發(fā)生電磁危害，導致性能降級或失效的器件、設備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)。許多器件、設備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)可以既是電磁騷擾源又是敏感設備。

為了實現(xiàn)電磁兼容，必須從上面三個基本要素出發(fā)，運用技術和組織兩方面措施。所謂技術措施，就是從分析電磁騷擾源、耦合途徑和敏感設備著手，采取有效的技術手段，抑制騷擾源、消除或減弱騷擾的耦合、降低敏感設備對騷擾的響應或增加電磁敏感性電平;為個對人為騷擾進行限制，并驗證所采用的技術措施的有效性，還必須采取組織措施，制訂和遵循一套完整的標準和規(guī)范，進行合理的頻譜分配，控制與管理頻譜的使用，依據(jù)頻率、工作時間、天線方向性等規(guī)定工作方式，分析電磁環(huán)境并選擇布置地域，進行電磁兼容性管理等。

電磁兼容性是電子設備或系統(tǒng)的主要性能之一，電磁兼容設計是實現(xiàn)設備或系統(tǒng)規(guī)定的功能、使系統(tǒng)效能得以充分發(fā)揮的重要保證。必須在設備或系統(tǒng)功能設計的同時，進行電磁兼容設計。

電磁兼容設計的目的是使所設計的電子設備或系統(tǒng)在預期的電磁環(huán)境中實現(xiàn)電磁兼容。其要求是使電子設備或系統(tǒng)滿足EMC標準的規(guī)定并具有兩方面的能力：

1.能在預期的電磁環(huán)境中正常工作，無性能降低或故障;

2.對該電磁環(huán)境不是一個污染源。

為個實現(xiàn)電磁兼容，必須深入研究以下五個問題：

第一，對于電磁騷擾源的研究，包括電磁騷擾源的頻域和時域特性，產(chǎn)生的機理以及抑制措施等的研究。

第二，對于電磁騷擾傳播特性的研究，即研究電磁騷擾如何由騷擾源傳播到敏感設備，包括對傳導騷擾和輻射騷擾的研究。傳導騷擾是指沿著導體傳輸?shù)碾姶膨}擾，輻射騷擾即由器件、部件、連接線、電纜或天線，以及設備呀系統(tǒng)輻射的電磁騷擾。

第三，對于敏感設備抗干擾能力的研究。這種抗干擾能力常心電磁敏感性或抗擾度表征，電磁敏感性電平越小，抗擾度越低，抗干擾能力越差。

第四，對于測量設備測量方法與數(shù)據(jù)處理方法的研究。由于電磁騷擾十分復雜，測量與評價需要有許多特殊要求，例如測量接收機要有多種檢波方式，多種測量帶寬、大過載系數(shù)、嚴格的中頻濾波特性等，還要求測量場地的傳播特性與理論值符合得很好等。如何評價測量結(jié)果，也是個重點問題，需要應用概率論、數(shù)理統(tǒng)計等數(shù)學工具。

第五，對于系統(tǒng)內(nèi)、系統(tǒng)間電磁兼容性的研究。系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容性是指在給定系統(tǒng)內(nèi)部的分系統(tǒng)、設備及部件之間的電磁兼容性，而給定系統(tǒng)與它運行時所處的電磁環(huán)境，或與其他系統(tǒng)之間的電磁兼容性即系統(tǒng)間電磁兼容性，這方面的研究需要廣泛的理論知識與的豐富的實踐經(jīng)驗。

還應當指出，由于電磁兼容是抗電磁騷擾的擴展與延伸，它研究的重點則是設備或系統(tǒng)的非預期效果和非工作性能，非預期發(fā)射和非預期響應，而在分析騷擾的迭加和出現(xiàn)概率時，還需按最不利的情況考慮，即所謂的“最不利原則”，這些都比研究設備或系統(tǒng)的工作性能復雜得多。

總之，電磁兼容學是一門綜合性的邊緣學科，其核心仍然是電磁波，其理論基礎包括數(shù)學、電磁場理論、電路理論、微波理論與技術、天線與電波傳播理論、通信理論、材料科學、計算機與控制理論、機械工藝學、核物理學、生物醫(yī)學以及法律學、社會學等內(nèi)容?，F(xiàn)在，電磁兼容學已成為國內(nèi)外矚目的迅速發(fā)展的學科，預計在21世紀，它還將獲得更加迅速的發(fā)展。