第一篇：PCB設(shè)計(jì)中的電磁兼容性淺析論文

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品的數(shù)量及種類不斷增加，其功能和速度也在不斷提高，使印制電路板(PCB)電子器件密度越來越大，走線越來越宰，信號(hào)頻率越來越高，不可避免地會(huì)引入電磁兼容性(EMC-Electro magnetic Compatibility)的問題。產(chǎn)品電磁兼容性能的高低，已經(jīng)成為衡量電子產(chǎn)品與系統(tǒng)質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。在保持系統(tǒng)功能的情況下，通過PCB設(shè)計(jì)和布置可從根源上消除電磁干擾并提高其抗擾度;反之，若設(shè)計(jì)不當(dāng)，則將使載有小功率、高精度、快速邏輯，或連接到高阻抗終端的一些導(dǎo)線受到寄生電感或介質(zhì)吸收的影響，致使PCB板發(fā)生EMC問題。

任何電磁兼容問題都包含三個(gè)要素，即輻射源，耦合路徑，敏感設(shè)備。因此，在解決電磁兼容問題時(shí)，也要從這三方面著手進(jìn)行分析，進(jìn)而采取適當(dāng)?shù)拇胧┫驕p小電磁干擾。PCB設(shè)計(jì)與布線技術(shù)

1.1元器件布局

元器件布局時(shí)，注意以下幾點(diǎn)可以避免出現(xiàn)許多的電磁兼容問題：

1.發(fā)熱元件遠(yuǎn)離關(guān)鍵集成電路。

2.某些敏感器件例如鎖相環(huán)，對(duì)噪聲干擾特別敏感，它們需要更高層次的隔離。解決的方法是在敏感器件周圍的電源銅箔上蝕刻出馬蹄形將能得到良好的隔離性。該期間使用的所有信號(hào)進(jìn)出都通過狹窄的馬蹄形根部的開口。噪聲電流必然在開口周圍經(jīng)過而不會(huì)接近敏感部分。使用這種方法時(shí)，確保所有其它信號(hào)都遠(yuǎn)離被隔離的部分。這種設(shè)計(jì)方法可以避免能夠引起干擾的噪聲信號(hào)的產(chǎn)生。

3.連接器及其引腳應(yīng)根據(jù)元器件在板上的位置確定。所有連接器最好放在印制板的一側(cè)，盡量避免從兩側(cè)引出電纜，以便減小共模電流輻射。

4.高速器件(頻率大于10兆赫或上升時(shí)間小于2ns的器件)在印刻電路板上的走線盡可能短。

5.I/O驅(qū)動(dòng)器應(yīng)緊靠連接器，避免I/O信號(hào)在板上長距離走線，耦合不必要的干擾信號(hào)。

1.2確定PCB走線形式

PCB走線形式對(duì)信號(hào)的傳輸會(huì)產(chǎn)生很大的影響，直角走線一般是PCB布線中要盡量避免的情況。直角連線對(duì)信號(hào)的影響主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：

1.拐角可以等效為傳輸線上的容性負(fù)載，減緩上升時(shí)間;

2.阻抗不連續(xù)會(huì)造成信號(hào)發(fā)射;

3.直角尖端會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。

4.所以在PCB板中一般采用45度拐角或圓弧形拐角。

1.3電源線及電線布局

1.電源線從電源出發(fā)，經(jīng)過負(fù)載再返回，形成一個(gè)小的環(huán)形天線，其在高頻時(shí)效率極高，因此，在考慮安全的條件下，電源線應(yīng)盡可能靠近地線，以減小差模輻射的環(huán)面積，也有助于減小電路的交擾。在部件電源的布線過程中，電源及其返回線路必須平行走向，可以產(chǎn)生一個(gè)低阻抗小環(huán)路的傳輸線結(jié)構(gòu)。

2.在小信號(hào)電路與大電流做在一起的電路中，必須將GND明顯地區(qū)分開來。布線方法為將小信號(hào)GND與大電流的GND進(jìn)行分離，通常使用兩根引線的GND。使大電流不再布線電阻上流動(dòng)，從而不產(chǎn)生干擾，如像功率放大級(jí)和負(fù)載那樣，將大電流流動(dòng)的部分由電源直接進(jìn)行布線。還有，將小信號(hào)部分進(jìn)行匯總，也直接由電源進(jìn)行布線。如果這樣做，小信號(hào)與大電流線完全分離，再將匯總的小信號(hào)GND與功率放大級(jí)的GND相連接。

3.正確選擇單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地。在低頻電路中，信號(hào)的工作頻率小于1MHz，它的布線與器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環(huán)流對(duì)干擾影響較大，因而應(yīng)采用一點(diǎn)接地的方式。當(dāng)信號(hào)工作頻率大于10MHz時(shí)，地線阻抗變得很大，此時(shí)應(yīng)盡量降低地線阻抗，應(yīng)采用就近多點(diǎn)接地。當(dāng)工作頻率在1MHz—10MHz時(shí)，如果采用一點(diǎn)接地，其電線長度不應(yīng)超過波長的1/20，否則應(yīng)采用多點(diǎn)接地法。

4.數(shù)字地與模擬地分開。電路板上既有高速邏輯電路，又有線性電路，應(yīng)使它們盡量分開，而兩者的地線不要相混，分別于電源端地線相連。低頻電路的地應(yīng)盡量采用單點(diǎn)并聯(lián)接地，實(shí)際布線有困難時(shí)可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地;高頻電路宜采用多點(diǎn)串聯(lián)接地，地線應(yīng)短而粗。高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積地箔，要盡量加大線性電路的接地面積。

5.接地線應(yīng)盡量加粗。若接地線用很細(xì)的線條，則接地電位會(huì)隨電流的變化而變化，致使電子產(chǎn)品的定時(shí)信號(hào)電平不穩(wěn)，抗噪聲性能降低。因此應(yīng)將接地線盡量加粗，使它能通過三倍于印刷電路板的允許電流。如有可能，接地線的寬度應(yīng)大于3mm。

6.接地線構(gòu)成閉環(huán)路。設(shè)計(jì)只由數(shù)字電路組成的印刷電路板的地線系統(tǒng)時(shí)，將接地線做成閉路可以明顯地提高抗噪聲能力。其原因在于：印刷電路板上有很多集成電路元件，尤其遇有耗電多的元件時(shí)，因受接地線粗細(xì)的限制，會(huì)在底線上產(chǎn)生較大的電位差，引起抗噪聲能力下降;若將接地線構(gòu)成環(huán)路，則會(huì)縮小電位差值，提高電子設(shè)備的抗噪聲能力。PCB電磁兼容性的仿真分析與優(yōu)化

采用軟件對(duì)PCB進(jìn)行電磁兼容預(yù)仿真分析，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段就可大體估計(jì)所設(shè)計(jì)PCB的電磁兼容性能，了解PCB上場(chǎng)的分布于趨勢(shì)，這對(duì)合理布局布線起到了很大的幫助。從而可以大大提高產(chǎn)品性能，節(jié)約成本，縮短研發(fā)時(shí)間，加快產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)步伐，為占領(lǐng)大的市場(chǎng)份額爭(zhēng)取了寶貴時(shí)間，提高經(jīng)濟(jì)效益。

Cadence PSD 是Cadence公司著名的電路設(shè)計(jì)軟件，它提供了完整的電路設(shè)計(jì)解決方案，從原理圖板圖設(shè)計(jì)，到電路分析仿真、封裝等?？捎糜诘?、高頻，數(shù)模混合電路的設(shè)計(jì)。我們主要采用Cadence PSD軟件包中的Concept HDL工具和Allegro工具來完成電路原理圖的繪制和板圖的生成。Concept HDL工具支持行為級(jí)和結(jié)構(gòu)級(jí)的原理圖設(shè)計(jì)繪制，它提供一個(gè)可用文本和圖形進(jìn)行設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)環(huán)境，包括可用于快速設(shè)計(jì)的塊編輯功能。Concept HDL是一個(gè)基于參照的編輯器，因?yàn)樗谠韴D中參照的所有部件來自駐留在參照區(qū)或者本地區(qū)內(nèi)的各種各樣的庫中。Allegro主要功能是在自我設(shè)定的有效參數(shù)條件下，自動(dòng)或手動(dòng)完成元件布局及布線，生成適合要求的PCB。

隨后利用Ansoft Designer軟件進(jìn)行PCB的場(chǎng)仿真，可得到我們想要的PCB的電流圖和EM近場(chǎng)分布圖。在仿真模型圖中依據(jù)前面所提到得元件布局和走線原則適當(dāng)調(diào)整強(qiáng)場(chǎng)區(qū)中的信號(hào)線和敏感元件位置，使之原理強(qiáng)場(chǎng)區(qū)，進(jìn)而減少電磁干擾。

根據(jù)軟件仿真結(jié)果分析PCB的電磁兼容性能，并對(duì)PCB板圖加以優(yōu)化。仿真所得的電流圖和近場(chǎng)分布圖對(duì)電路的合理設(shè)計(jì)和布局有重要的指導(dǎo)作用。結(jié)束語

電磁干擾已成為線路設(shè)計(jì)所面臨的主要問題之一，PCB設(shè)計(jì)中的抗干擾是一項(xiàng)實(shí)踐性非常強(qiáng)的技術(shù)工作。元件間的合理布局、增大布線間距、短線連接、減少布線過程中的過孔設(shè)置、降低連線的特性阻抗、避免多頻率交調(diào)影響等式減少電磁干擾的有效方法。良好的PCB設(shè)計(jì)可以大大提高系統(tǒng)的抗干擾能力，從而提高系統(tǒng)可靠性。

參考文獻(xiàn)

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第二篇：PCB設(shè)計(jì)中的抗干擾措施與電磁兼容性研究.doc

印制電路板設(shè)計(jì)中的抗干擾措施與電磁兼容性研究

印制電路板(PCB)是電子產(chǎn)品中電路元件和器件的支撐件，它提供電路元件和器件之間的電氣連接，是目前電子器材用于各類電子設(shè)備和系統(tǒng)的主要裝配方式。鑒于PCB設(shè)計(jì)的好壞對(duì)抗干擾能力影響很大，因此，PCB的設(shè)計(jì)除必須遵守一般原則之外，還應(yīng)符合抗干擾設(shè)計(jì)與電磁兼容性的要求。

一． 電路板設(shè)計(jì)的一般原則 1．布局

首先應(yīng)考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過大，印制線條長，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加；過小，則散熱不好，且鄰近線條易受干擾。在確定PCB尺寸后，再確定元件的位置，一般來說，應(yīng)把模擬信號(hào)、高速數(shù)字電路、噪聲源(如繼電器、大電流開關(guān)等)這三部分合理分開，使相互間的信號(hào)耦合為最小。最后，根據(jù)電路的功能單元，對(duì)電路的全部元器件進(jìn)行布局。在確定元件的位置時(shí)要遵守以下原則： 按照電路的流程安排各個(gè)功能電路單元的位置，便于信號(hào)流通，并使信號(hào)盡可能保持一致的方向。

以每個(gè)功能電路的核心元件為中心進(jìn)行布局。元器件應(yīng)均勻、整齊緊湊地排列，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。

在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數(shù)。一般電路應(yīng)尺可能使元器件平行排列，以利于裝焊及批量生產(chǎn)且美觀。

位于電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不小于2mm。電路板的最佳形狀為矩形，長寬比為3：2或4：3，其尺寸大于200x150mm時(shí)，應(yīng)考慮電路板所受的機(jī)械強(qiáng)度。

盡可能縮短高頻元器件之間的連線，設(shè)法減少它們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離。

某些元器件或?qū)Ь€之間可能有較高的電位差，應(yīng)加大它們之間的距離，以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應(yīng)盡量布置在調(diào)試時(shí)手不易觸及的地方。

重量超過15g的元器件應(yīng)當(dāng)用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、發(fā)熱量多的元器件，不宜裝在印制板上，而應(yīng)裝在整機(jī)的機(jī)箱底板上，且應(yīng)考慮散熱問題。熱敏元件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件。

對(duì)于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容器、微動(dòng)開關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)考慮整機(jī)的結(jié)構(gòu)要求。若是機(jī)內(nèi)調(diào)節(jié)，應(yīng)放在印制板上便于調(diào)節(jié)的地方；若是機(jī)外調(diào)節(jié)，其位置要與調(diào)節(jié)旋鈕在機(jī)箱面板上的位置相適應(yīng)。

應(yīng)留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。

2、布線

布線的原則如下：

輸入、輸出端用的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行，最好加線間地線，以免發(fā)生反饋耦合。

導(dǎo)線的最小寬度主要由導(dǎo)線與絕緣基板間的粘附強(qiáng)度和流過它們的電流值決定，當(dāng)銅箔厚度為0.05mm、寬度為1～15mm時(shí)，通過2A的電流，溫度不會(huì)高于3℃。因此，導(dǎo)線寬度為1.5mm便可滿足要求。對(duì)于集成電路尤其是數(shù)字電路，通常選寬度為0.02～0.3mm的導(dǎo)線，當(dāng)然，只要允許，還是盡可能用寬線，尤其是電源線和地線。導(dǎo)線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。對(duì)于集成電路尤其是數(shù)字電路，只要工藝允許，可使間距小至5～8mm。

印制導(dǎo)線拐彎處一般取圓弧形，而直角或夾角在高頻電路中會(huì)影響電氣性能。此外，盡量避免使用大面積銅箔，否則，長時(shí)間受熱時(shí)，易發(fā)生銅箔膨脹和脫落現(xiàn)象。必須用大面積銅箔時(shí)，最好用柵格狀，這樣有利于排除銅箔與基板間粘合劑受熱產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體。

二 電路板及電路抗干擾措施

印制電路板的抗干擾設(shè)計(jì)與具體電路有著密切的關(guān)系，以下從四個(gè)方面討論P(yáng)CB抗干擾設(shè)計(jì)的措施。

1、電源線設(shè)計(jì)

根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻。同時(shí)使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。

2、地線設(shè)計(jì) 印刷電路板上，電源線和地線最重要?？朔姶鸥蓴_，最主要的手段就是接地。對(duì)于雙面板，地線布置特別講究，通過采用單點(diǎn)接地法，電源和地是從電源的兩端接到印刷線路板上來的，電源一個(gè)接點(diǎn)，地一個(gè)接點(diǎn)。印刷線路板上，要有多個(gè)返回地線，并都會(huì)聚到回電源的那個(gè)接點(diǎn)上，就是所謂單點(diǎn)接地。所謂模擬地、數(shù)字地、大功率器件地開分，是指布線分開，而最后都匯集到這個(gè)接地點(diǎn)上來。與印刷線路板以外的信號(hào)相連時(shí)，通常采用屏蔽電纜。對(duì)于高頻和數(shù)字信號(hào)，屏蔽電纜兩端都接地。低頻模擬信號(hào)用的屏蔽電纜，一端接地為好。如能將接地和屏蔽正確結(jié)合起來使用，可解決大部分干擾問題。電子設(shè)備中地線結(jié)構(gòu)大致有系統(tǒng)地、機(jī)殼地(屏蔽地)、數(shù)字地(邏輯地)和模擬地等。地線設(shè)計(jì)的原則是：

數(shù)字地與模擬地分開。若線路板上既有邏輯電路又有線性電路，應(yīng)使它們盡量分開，分別與電源端地線相連，并盡可能加大線性電路的接地面積。低頻電路的地應(yīng)盡量采用單點(diǎn)并聯(lián)接地，實(shí)際布線有困難時(shí)可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地。高頻電路宜采用多點(diǎn)串聯(lián)接地，地線應(yīng)短而粗，高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積地箔。

接地線應(yīng)盡量加粗。若接地線很細(xì)，則接地電位隨電流的變化而變化，致使電子設(shè)備的定時(shí)信號(hào)電平不穩(wěn)，抗噪聲性能變壞。因此應(yīng)將接地線加粗，使它能通過三倍于印制板上的允許電流。如有可能，接地線寬度應(yīng)在2～3mm 以上。

正確選擇單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地。在低頻電路中，信號(hào)的工作頻率小于1MHz，它的布線和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環(huán)流對(duì)干擾影響較大，因而應(yīng)采用一點(diǎn)接地。當(dāng)信號(hào)工作頻率大于10MHz時(shí)，地線阻抗變得很大，此時(shí)應(yīng)盡量降低地線阻抗，應(yīng)采用就近多點(diǎn)接地。當(dāng)工作頻率在1～10MHz時(shí)，如果采用一點(diǎn)接地，其地線長度不應(yīng)超過波長的1/20，否則應(yīng)采用多點(diǎn)接地法。

將接地線構(gòu)成閉環(huán)路。設(shè)計(jì)只由數(shù)字電路組成的印制電路板的地線系統(tǒng)時(shí)，將接地線做成閉環(huán)路可以明顯的提高抗噪聲能力。其原因在于：印制電路板上的很多集成電路元件，尤其遇到耗電多的元件時(shí)，因受接地線粗細(xì)的限制，會(huì)在地結(jié)上產(chǎn)生較大的電位差，引起抗噪聲能力下降，若將接地構(gòu)成環(huán)路，則會(huì)縮小電位差值，提高電子設(shè)備的抗噪聲能力。

3、合理設(shè)置退耦電容

性能好的高頻去耦電容可以去除高到1GHZ的高頻成份。瓷片電容或多層陶瓷電容的高頻特性較好。去耦電容有兩個(gè)作用：一方面旁路除掉該器件的高頻噪聲。數(shù)字電路中典型的去耦電容為0.1uF，有5nH分布電感，它的并行共振頻率大約在7MHz左右，對(duì)于10MHz以下的噪聲有較好的去耦作用，對(duì)40MHz以上的噪聲幾乎不起作用。1uF、10uF電容，并行共振頻率在20MHz以上，去除高頻率噪聲的效果要好一些。在電源進(jìn)入印刷板的地方并一個(gè)1uF或10uF的去高頻電容往往是有利的，即使是用電池供電的系統(tǒng)也需要這種電容。每10片左右的集成電路要加一片充放電電容，或稱為蓄放電容，電容大小可選10uF。最好不用電解電容，電解電容是兩層薄膜卷起來的，這種卷起來的結(jié)構(gòu)在高頻時(shí)表現(xiàn)為電感，最好使用膽電容或聚碳酸酯電容。去耦電容值的選取并不嚴(yán)格，可按C=1/f計(jì)算，即10MHz取0.1uF。對(duì)微控制器構(gòu)成的系統(tǒng)，取0.1～0.01uF之間都可以。退耦電容的一般配置原則是： 電源輸入端跨接10～100uF的電解電容器。如有可能，接100uF以上的更好。原則上每個(gè)集成電路芯片都應(yīng)布置一個(gè)0.01uF的瓷片電容，如遇印制板空隙不夠，可每4～8個(gè)芯片都應(yīng)布置一個(gè)1～10uF的鉭電容。

對(duì)于抗噪聲能力弱、關(guān)斷時(shí)電源變化大的器件，如RAM、ROM存儲(chǔ)器件，應(yīng)在芯片的電源線和地線之間直接接入退耦電容。

電容引線不能太長，尤其是高頻旁路電容不能有引線。

4、特殊器件的處理

在印制板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時(shí)，操作它們時(shí)均會(huì)產(chǎn)生較大火花放電，必須采用RC電路來吸收放電電流。一般R取1～2KΩ，C取2.2～47uF。

CMOS的輸入阻抗很高，易受感應(yīng)，因此在使用時(shí)對(duì)不用端要接地或接正電源。

選用外時(shí)鐘頻率低的微控制器可以有效降低噪聲和提高系統(tǒng)的抗干擾能力。為減小信號(hào)傳輸中的畸變，信號(hào)在印刷板上傳輸，其延遲時(shí)間不應(yīng)大于所用器件的標(biāo)稱延遲時(shí)間。

注意印刷線板與元器件的高頻特性。在高頻情況下，印刷線路板上的引線、過孔、電阻、電容、接插件的分布電感與電容等不可忽略。電阻對(duì)高頻信號(hào)產(chǎn)生的反射，會(huì)對(duì)引線的分布電容起作用，當(dāng)引線長度大于噪聲頻率相應(yīng)波長的1/20時(shí)，就產(chǎn)生天線效應(yīng)，噪聲通過引線向外發(fā)射。

三、電磁兼容性設(shè)計(jì)

對(duì)于微控制器時(shí)鐘頻率與總線周期特別快、含有大功率與大電流驅(qū)動(dòng)電路以及含有微弱模擬信號(hào)電路與高精度A/D變換電路的系統(tǒng)，應(yīng)特別注意抗電磁干擾。

1、印刷電路板設(shè)計(jì)中的電磁兼容性措施

數(shù)字地與模擬地分開，地線加寬，以解決公共阻抗耦合問題。

在布局時(shí)若高速、中速和低速混用時(shí)，注意不同的布局區(qū)域，且模擬電路和數(shù)字邏輯要分離。

布線時(shí)專用零伏線、電源線的走線寬度≥1mm，電源線和地線盡可能靠近，整塊印刷板上的電源與地要呈“井”字形分布，以便使分布線電流達(dá)到均衡。

要為模擬電路專門提供一根零伏線。

為減少線間串?dāng)_，必要時(shí)可增加印刷線條間距，有意安插一些零伏線作為線間隔離。

印刷電路的插頭也要多安排一些零伏線作為線間隔離。

特別注意電流流通中的導(dǎo)線環(huán)路尺寸。

如有可能在控制線的入口處加接RC去耦，以便消除傳輸中可能出現(xiàn)的干擾因素。

線寬不要突變，導(dǎo)線不要突然拐角(≥90度)。

在印刷線路板上使用邏輯電路時(shí)，凡能不用高速邏輯電路的就不用，并在電源與地之間加去耦電容。

可用串電阻的辦法，降低控制電路上沿跳變速率；盡量為繼電器等提供某種形式的阻尼；使用滿足系統(tǒng)要求的最低頻率時(shí)鐘且時(shí)鐘產(chǎn)生器盡量靠近到用該時(shí)鐘的器件；石英晶體振蕩器外殼要接地；用地線將時(shí)鐘區(qū)圈起來，時(shí)鐘線盡量短；I/O驅(qū)動(dòng)電路盡量靠近印刷板邊，讓其盡快離開印刷板；對(duì)進(jìn)入印刷板的信號(hào)要加濾波，從高噪聲區(qū)來的信號(hào)也要加濾波，同時(shí)用串終端電阻的辦法，減小信號(hào)反射；集成電路上該接電源的端不要懸空，閑置不用的運(yùn)放正輸入端接地，負(fù)輸入端接輸出端印制板盡量使用45折線而不用90折線布線以減小高頻信號(hào)對(duì)外的發(fā)射與耦合印制板按頻率和電流開關(guān)特性分區(qū)，噪聲元件與非噪聲元件要距離遠(yuǎn)一些單面板和雙面板用單點(diǎn)接電源和單點(diǎn)接地；時(shí)鐘、總線、片選信號(hào)要遠(yuǎn)離I/O線和接插件；模擬電壓輸入線、參考電壓端要盡量遠(yuǎn)離數(shù)字電路信號(hào)線，特別是時(shí)鐘；對(duì)A／D類器件，數(shù)字部分與模擬部分不要交叉；時(shí)鐘線垂直于I/O線比平行I/O線干擾小，時(shí)鐘元件引腳遠(yuǎn)離I/O電纜；元件引腳盡量短，去耦電容引腳盡量短關(guān)鍵的線要盡量粗，并在兩邊加上保護(hù)地；高速信號(hào)線要短要直；對(duì)噪聲敏感的線不要與大電流、高速開關(guān)線平行；石英晶體下面以及對(duì)噪聲敏感的器件下面不要走線弱信號(hào)電路、低頻電路周圍不要形成電流環(huán)路；任何信號(hào)都不要形成環(huán)路，如不可避免，讓環(huán)路區(qū)盡量?。幻總€(gè)電解電容邊上都要加一個(gè)小的高頻旁路電容用大容量的鉭電容或聚酯電容而不用電解電容作電路充放電儲(chǔ)能電容，使用管狀電容時(shí)，外殼要接地。

2、配套于印刷電路板的開關(guān)電源的電磁兼容性

電源在向系統(tǒng)提供能源的同時(shí)，也將其噪聲加到所供電的電源上。電路中微控制器的復(fù)位線、中斷線以及其它，一些控制線最容易受外界噪聲的干擾。電網(wǎng)上的強(qiáng)干擾通過電源進(jìn)入電路，即使電池供電的系統(tǒng)，電池本身也有高頻噪聲。模擬電路中的模擬信號(hào)更經(jīng)受不住來自源的干擾。

開關(guān)電源對(duì)電網(wǎng)傳導(dǎo)的騷攏及開關(guān)電源的輻射騷擾的主要因素是非線性流和初級(jí)電路中功率晶體管外殼與散熱器之間的耦合在電源輸入端產(chǎn)生的傳導(dǎo)共模噪聲。抑制方法為：對(duì)開關(guān)電壓波形進(jìn)行“修整”：在晶體管與散熱器之間加裝屏蔽層的絕緣墊片，在市電輸入電路中加接電源濾波器盡可能地減小環(huán)路面積在次線整流回路中使用軟恢復(fù)二極管或在二極管上并聯(lián)聚酯薄膜電容器；對(duì)晶體管開關(guān)波形進(jìn)行“修整”。另外，由于二極管反向電流陡變及回路分布電感與二極管結(jié)電容等形成高頻衰減振蕩，而濾波電容的等效串聯(lián)電感又削弱了濾波的作用，因此在輸出改波中出現(xiàn)尖峰干擾，為此應(yīng)加小電感和高頻電容以減速小輸出噪聲。

3、傳輸線的電磁兼容性

傳輸電纜的形式較多，雙絞絲在低于100KHz下使用非常有效，高頻下因特性阻抗不均勻及由此造成的波形反射而受到限制；帶屏蔽的雙絞線，信號(hào)電流在兩根內(nèi)導(dǎo)線上流動(dòng)，噪聲電流在屏蔽層里流動(dòng)，因此消除了公共阻抗的耦合，而任何干擾將同時(shí)感應(yīng)到兩根導(dǎo)線上，使噪聲相消；非屏蔽雙絞線抵御靜電耦合的能力差些，但對(duì)防止磁場(chǎng)感應(yīng)仍有很好作用，其屏蔽效果與單位長度的導(dǎo)線扭絞次數(shù)成正比同軸電纜有較均勻的特性阻抗和較低的損耗，從直流到甚高頻都有較好特性。傳輸線最好的接線方式是信號(hào)與地線相間，稍次的方法是一根地、兩根信號(hào)再一根地依次類推，或?qū)Ｓ靡粔K接地平板，將負(fù)載直接接地的方式是不合適的，這是因?yàn)閮啥私拥氐钠帘螌訛榇鸥袘?yīng)的地環(huán)路電流提供了分流，使得磁場(chǎng)屏蔽性能下降。

至于電纜線的端接，在要求高的場(chǎng)合要為內(nèi)導(dǎo)體提供360°的完整包裹，并用同軸接頭來保證電場(chǎng)屏蔽的完整性。

4、靜電的防護(hù)

靜電放電可通過直接傳導(dǎo)、電容耦合和電感耦合三種方式進(jìn)入電子線路。直接對(duì)電路的靜電放電經(jīng)常會(huì)引起電路的損壞，對(duì)鄰近物體的放電通過電容或電感耦合，會(huì)影響到電路工作的穩(wěn)定性。防護(hù)方法：建立完善的屏蔽結(jié)構(gòu)，帶有接地的金屬屏蔽殼體可將放電電流釋放到地金屬外殼接地可限制外殼電位的升高，造成內(nèi)部電路與外殼之間的放電；內(nèi)部電路如果要與金屬外殼相連時(shí)，要用單點(diǎn)接地，防止放電電流 流過內(nèi)部電路；在電纜入口處增加保護(hù)器件；在印刷板入口處增加保護(hù)環(huán)(環(huán)與接地端相連)。

第三篇：IGBT模塊電磁兼容性設(shè)計(jì)

IGBT模塊電磁兼容性設(shè)計(jì)

（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(chǎng)強(qiáng)度隨輸入、輸出母線中通過電流的強(qiáng)弱而變化，同時(shí)IGBT模塊產(chǎn)生的空間交變電磁場(chǎng)的強(qiáng)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(hào)很容易耦合到IGBT模塊的驅(qū)動(dòng)線上。通過合理的布局，可以使在功率驅(qū)動(dòng)端附近和驅(qū)動(dòng)線一帶的空間交變電磁場(chǎng)強(qiáng)度最小，即干擾信號(hào)最小。設(shè)計(jì)中應(yīng)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(shù)。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(duì)于IGBT模塊產(chǎn)生的空間交變電磁場(chǎng)起到了很好的屏蔽作用。

（2）IGBT模塊的接地設(shè)計(jì)

當(dāng)IGBT模塊的柵極驅(qū)動(dòng)或控制信號(hào)與主電流共用一個(gè)接地回路時(shí)，在開關(guān)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(yīng)電壓存在。一旦發(fā)生這種情況，電路中應(yīng)該為“地”電位的各點(diǎn)實(shí)際上會(huì)處于高于“地電位”幾伏的電位上。這個(gè)電壓會(huì)出現(xiàn)在IGBT模塊的柵極，從而使IGBT模塊有可能誤導(dǎo)通。為了避免這個(gè)問題的出現(xiàn)，需要慎重考慮柵極驅(qū)動(dòng)與控制電路的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中應(yīng)采取以下措施。

1）下橋臂每個(gè)柵極IGBT驅(qū)動(dòng)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(guān)斷期間，使用負(fù)的反向偏置電壓，以避免噪聲干擾。

經(jīng)過電磁兼容性設(shè)計(jì)的變流器，在實(shí)際運(yùn)行中可以獲得良好的技術(shù)性能指標(biāo)，對(duì)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(fù)雜，帶來很多電磁干擾，良好的電磁兼容性設(shè)計(jì)是變流器安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。

2）吸收電路設(shè)計(jì)是變流器電磁兼容設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，由于在功率母線的設(shè)計(jì)中采用了獨(dú)特的雙層鍍錫銅板疊加技術(shù)，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(shè)備或系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初始階段應(yīng)同時(shí)進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)，把電磁兼容的大部分問題解決在設(shè)計(jì)定型之前，這樣可得到最高的性能價(jià)格比。

第四篇：通信設(shè)備的電磁兼容性設(shè)計(jì)

通信設(shè)備的電磁兼容性設(shè)計(jì)

李宏堅(jiān)

(陜西烽火電子股份有限公司)摘要：本文從印制板設(shè)計(jì)、內(nèi)部走線設(shè)計(jì)和機(jī)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三方面，介紹了通信設(shè)備的一些電磁兼容性設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵字：電磁兼容、印制板設(shè)計(jì)、內(nèi)部走線設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隨著電磁環(huán)境越來越復(fù)雜，通信設(shè)備的電磁兼容性要求也越來越高，在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該考慮其電磁兼容性，這樣可以將產(chǎn)品在生產(chǎn)階段出現(xiàn)電磁兼容問題的可能性減少到一個(gè)較低的程度。

一、通信設(shè)備印制板電磁兼容性設(shè)計(jì)

造成通信設(shè)備輻射超標(biāo)的原因是多方面的，接口濾波不好，結(jié)構(gòu)屏效低，電纜設(shè)計(jì)有缺陷都有可能導(dǎo)致輻射發(fā)射超標(biāo)，但產(chǎn)生輻射的根本原因卻在PCB的設(shè)計(jì)，主要關(guān)注這幾個(gè)方面：

1.從減小輻射干擾的角度出發(fā)，應(yīng)盡量選用多層板，內(nèi)層分別作電源層、地線層，用以降低供電線路阻抗，抑制公共阻抗噪聲，對(duì)信號(hào)線形成均勻的接地面，加大信號(hào)線和接地面間的分布電容，抑制其向空間輻射的能力。

2.電源線、地線、印制板走線對(duì)高頻信號(hào)應(yīng)保持低阻抗。在頻率很高的情況下，電源線、地線、或印制板走線都會(huì)成為接收與發(fā)射干擾的小天線，降低這種干擾的方法除了加濾波電容外，更值得重視的是減小電源線、地線及其他印制板走線本身的高頻阻抗，因此，各種印制板走線要短而粗，線條要均勻。

3.電源線、地線及印制導(dǎo)線在印制板上的排列要恰當(dāng)，盡量做到短而直，以減小信號(hào)線與回線之間所形成的環(huán)路面積。

4.電路元件和信號(hào)通路的布局必須最大限度地減少無用信號(hào)的相互耦合。在PCB的不同的設(shè)計(jì)階段所關(guān)注的問題點(diǎn)不同，在元器件布局階段需要注意：

1.接口信號(hào)的濾波、防護(hù)和隔離等器件是否靠近接口連接器放置，先防護(hù)，后濾波；電源模塊、濾波器、電源防護(hù)器件是否靠近電源的入口放置，盡可能保證電源的輸入線最短，電源的輸入輸出分開，走線互不交叉；

2.晶體、晶振、繼電器、開關(guān)電源等強(qiáng)輻射器件或敏感器件是否遠(yuǎn)離單板拉手條、連接器；

3.濾波電容是否靠近IC的電源管腳放置，位置、數(shù)量適當(dāng)； 4.時(shí)鐘電路是否靠近負(fù)載，且負(fù)載均衡放置； 5.接口濾波器件的輸入、輸出是否未跨分割區(qū)；除光耦、磁珠、隔離變壓器、A/D、D/A等器件外，其它器件是否未跨分割區(qū)；

在PCB布線階段需要注意：

1.電源、地的布線處理無地環(huán)路，電源及與對(duì)應(yīng)地構(gòu)成的回路面積?。?2.差分信號(hào)線對(duì)是否同層、等長、并行走線，保持阻抗一致，差分線間無其他走線；

3.時(shí)鐘等關(guān)鍵信號(hào)線是否布內(nèi)層（優(yōu)先考慮優(yōu)選布線層），并加屏蔽地線或與其他布線間距滿足3W原則，關(guān)鍵信號(hào)走線是否未跨分割區(qū)；

4.是否無其他信號(hào)線從電源濾波器輸入線下走線，濾波器等器件的輸入、輸出信號(hào)線是否未互相并行、交叉走線；

二、通信設(shè)備內(nèi)部走線電磁兼容性設(shè)計(jì) 通信設(shè)備內(nèi)部走線混亂，不僅會(huì)造成高、低電平信號(hào)之間相互干擾，也會(huì)給后期采用屏蔽、濾波、接地等補(bǔ)救措施帶來不便，會(huì)使設(shè)計(jì)的屏蔽、濾波電路、接地措施起不到應(yīng)有的作用，在規(guī)劃內(nèi)部走線時(shí)，需要遵循以下基本原則：

1.機(jī)箱內(nèi)各種裸露走線要盡量短。2.傳輸不同電平信號(hào)的導(dǎo)線分組捆扎，數(shù)字電路和模擬電路信號(hào)線應(yīng)分組捆扎，并保持適當(dāng)距離，減少導(dǎo)線相互影響。

3.對(duì)產(chǎn)品中用來傳遞信號(hào)的扁平電纜，應(yīng)采用地-信號(hào)-地-信號(hào)-地排列的方式，這樣可以有效抑制干擾，增強(qiáng)其抗干擾能力。

4.將低頻進(jìn)線和回線絞合在一起，形成雙絞線，減少電磁干擾，如電源線。5.對(duì)確定的輻射干擾較大或敏感的導(dǎo)線要加屏蔽措施。

6.屏蔽電纜進(jìn)出屏蔽體必須保證屏蔽層與屏蔽體之間可靠搭接，一般要求360°環(huán)接，并提供足夠低的搭接阻抗。

7.非屏蔽電纜原則上禁止直接從屏蔽體中出線。特殊情況下允許直接出線，但是要求屏蔽體內(nèi)側(cè)（或者外側(cè)）電纜的長度不得越過80mm，注意這個(gè)尺寸包括PCB上面的走線，如果有濾波電路，指濾波電路與屏蔽體之間的電纜長度。

8.屏蔽電纜還有一種特殊應(yīng)用場(chǎng)合，有時(shí)系統(tǒng)規(guī)定其屏蔽層不得與屏蔽體（實(shí)際上就是PGND）連接，典型的例子是同軸電纜。這時(shí)的屏蔽電纜可以按照非屏蔽電纜處理（在屏蔽體一側(cè)的長度不得超過80mm），或者采用雙層屏蔽電纜。

三、通信設(shè)備機(jī)殼結(jié)構(gòu)的電磁兼容性設(shè)計(jì)

通信設(shè)備的金屬機(jī)殼是良好的屏蔽體，但實(shí)際上，由于屏蔽體上面不可避免地存在各種縫隙、開孔以及進(jìn)出電纜等各種缺陷，這些缺陷將對(duì)屏蔽體的屏蔽效能有急劇的劣化作用，真正決定實(shí)際屏蔽體的屏蔽效能的因素是各種電氣不連續(xù)缺陷，包括縫隙、開孔、電纜穿透等。

1.機(jī)殼接縫

主要為通信設(shè)備的殼體與安裝蓋板之間的接縫，該類縫雖然面積不大，但其最大線度尺寸即縫長卻非常大，由于維修、開啟等限制，致使該類縫成為電子設(shè)備中屏蔽難度最大的一類孔縫，采用導(dǎo)電襯墊等特殊屏蔽材料可以有效地抑制電磁泄漏。該類孔縫屏蔽設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于：合理地選擇導(dǎo)電襯墊材料并進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖冃慰刂啤?/p>

2.通風(fēng)孔

該類孔面積和最大線度尺寸較大，通風(fēng)孔設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于通風(fēng)部件的選擇與裝配結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。在滿足通風(fēng)性能的條件下，應(yīng)盡可能選用屏效較高的屏蔽通風(fēng)部件，如在風(fēng)扇的風(fēng)道口增加與機(jī)殼連接，具有一定深度蜂窩狀銅網(wǎng)等。

3.觀察孔與顯示孔

該類型孔面積和最大線度尺寸較大，其設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于屏蔽透光材料的選擇與裝配結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

4.連接器與機(jī)箱的接縫

這類縫的面積與最大線度尺寸均不大，但由于在高頻時(shí)導(dǎo)致連接器與機(jī)箱的接觸阻抗急劇增大，從而使得屏蔽電纜的共模傳導(dǎo)發(fā)射變大，往往導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備的輻射發(fā)射出現(xiàn)超標(biāo)，為此應(yīng)采用導(dǎo)電橡膠等連接器導(dǎo)電襯墊。

電磁兼容是一個(gè)整機(jī)性能指標(biāo)，它與PCB設(shè)計(jì)、設(shè)備內(nèi)部走線設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞有著密切的關(guān)系。在設(shè)計(jì)一個(gè)新產(chǎn)品時(shí),一開始就必須考慮到電磁兼容問題，如果忽視了這一問題,到新產(chǎn)品定型時(shí)，干擾問題會(huì)暴露出來，因此及早地解決電磁干擾問題不僅是行之有效的,而且會(huì)大大降低產(chǎn)品成本。

參考文獻(xiàn)：

1、電磁兼容的印制板電路設(shè)計(jì)，（美）Mark I，Montrose著，呂英華 于學(xué)平張金玲譯，機(jī)械工業(yè)出版社，2008；

2、產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的EMC技術(shù)，（英）威廉姆斯著，李迪 王培清譯，電子工業(yè)出版社，2004；

3、電磁兼容設(shè)計(jì)與整改對(duì)策及案例分析，朱文立著，電子工業(yè)出版社，2012。

第五篇：通信開關(guān)電源的電磁兼容性

通信開關(guān)電源的電磁兼容性: 摘要:簡要介紹了通信開關(guān)電源的電磁兼容性要求、國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)、電磁兼容性的成因、研究解決方法及國內(nèi)通信開關(guān)電源的電磁兼容性現(xiàn)狀.引言

通信開關(guān)電源因具有體積小、重量輕、效率高、工作可靠、具有遠(yuǎn)程監(jiān)控等原因,廣泛的應(yīng)用于程控交換、光數(shù)據(jù)傳輸、無線基站、有線電視系統(tǒng)及IP網(wǎng)絡(luò)中,是信息技術(shù)設(shè)備正常工作的核心動(dòng)力.隨著信息技術(shù)的發(fā)展,信息技術(shù)設(shè)備遍布祖國大江南北,從發(fā)達(dá)的中心城市至貧窮落后的偏遠(yuǎn)山區(qū),為人與人間的溝通交流及數(shù)據(jù)傳輸提供了極大的便利.通信設(shè)備的電網(wǎng)供電質(zhì)量由于城鄉(xiāng)間的差異,即有穩(wěn)定的大電網(wǎng)如核電、火電、水電等并網(wǎng)的供電方式,同時(shí)也有獨(dú)立的小水電單獨(dú)供電方式.特別是在小水電站供電方式下,因水量的變化復(fù)雜、用戶用電量的變化較大及設(shè)備工作的不穩(wěn)定,造成電網(wǎng)波形失真嚴(yán)重及其電網(wǎng)電壓和大幅波動(dòng),同時(shí)因配電系統(tǒng)的接線不規(guī)范,對(duì)通信開關(guān)電源也造成了嚴(yán)峻的考驗(yàn).鐵路通信及電力通信正在發(fā)展壯大.由于電力機(jī)車經(jīng)過之處,產(chǎn)生很強(qiáng)的感應(yīng)電壓,使地線電壓產(chǎn)生很大的波過,從而引起電網(wǎng)電壓的很大的波動(dòng),強(qiáng)大的電場(chǎng)容易引起開關(guān)電源設(shè)備工作的瞬時(shí)不穩(wěn)定.在高壓電網(wǎng)運(yùn)行的通信開關(guān)電源,雖然電網(wǎng)電壓穩(wěn)定,但容易受電網(wǎng)負(fù)載變化等引起的強(qiáng)電磁場(chǎng)的搔擾影響.用于基站的通信用開關(guān)電源,由于多安裝在較高的建筑物上或是山頂,更容易受到雷電的襲擊.因此,通信開關(guān)電源要有很強(qiáng)的抗電磁搔擾的能力,特別是對(duì)雷擊、浪涌、電網(wǎng)電壓、靜電、電場(chǎng)、磁場(chǎng)及電磁波等要有足夠的抗擾動(dòng)能力,保證自身能夠正常工作以及通信設(shè)備供電的不間斷而且穩(wěn)定.另一方面,因通信開關(guān)電源內(nèi)部的功率開關(guān)管、整流或續(xù)流二極管及主功率變壓器,在高壓、大電流及高頻開關(guān)的方式下工作,其電壓電流波形多為方波.在高壓大電流的方波切換過程中,方波電壓電流將產(chǎn)生豐富的諧波電壓及諧波電流,這些諧波電壓及諧波電流可通過電源輸入線或開關(guān)電源的輸出線傳出,對(duì)與通信電源在同一電網(wǎng)上供電的其它設(shè)備及電網(wǎng)產(chǎn)生搔擾,同時(shí)對(duì)由通信電源供電的設(shè)備如程控交換設(shè)備、無線基站、光傳輸設(shè)備及有線電視設(shè)備等產(chǎn)生搔擾,使設(shè)備不能正常工作.由于電壓差可以產(chǎn)生電場(chǎng)、電流的流動(dòng)可以產(chǎn)生磁場(chǎng),豐富的諧波電壓電流的高頻部分,在開關(guān)電源內(nèi)部產(chǎn)生電磁場(chǎng),造成開關(guān)電源內(nèi)部工作的不穩(wěn)定,使電源的性能降低.有部分電磁場(chǎng)通過開關(guān)電源機(jī)殼的縫隙,向周圍空間輻射,與通過電源線、直流輸出線產(chǎn)生的輻射電磁場(chǎng),一起通過空間傳播的方式,對(duì)其它高頻設(shè)備及對(duì)電磁場(chǎng)比較敏感的設(shè)備造成搔擾,引起其它設(shè)備工作異常.因此,要限制通信開關(guān)電源對(duì)由負(fù)載線、電源線產(chǎn)生的傳導(dǎo)搔擾量對(duì)空間產(chǎn)生的輻射電磁場(chǎng)搔擾量,使之能與處于同一環(huán)境中的其它電信設(shè)備均能夠正常工作,互不產(chǎn)生搔擾.電磁兼容性的國內(nèi)國外標(biāo)準(zhǔn)

電磁兼容性是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中的任何事物構(gòu)成不能隨的電磁搔擾的能力

要徹底消除設(shè)備的電磁搔擾及對(duì)外部一切電磁搔擾信號(hào)不敏感是不可能的.只能通過制訂系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備與設(shè)備之間的相互允許產(chǎn)生的電磁搔擾大小及抵抗電磁搔擾的能力,才能使電氣設(shè)備及系統(tǒng)間達(dá)到電磁兼容性的要求.國內(nèi)外大量的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn),為系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備相互達(dá)到電磁兼容性要求制訂了約束條件.國際無線電干擾特別委員會(huì)(CISPR)是國際電工委員會(huì)(IEC)下屬的一個(gè)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)化組織,早在1934年就開展EMC標(biāo)準(zhǔn)的研究,下設(shè)六個(gè)分會(huì).其中第六分會(huì)(SCC)主要負(fù)責(zé)制訂關(guān)于干擾測(cè)量接收機(jī)及測(cè)量方法的研究.CISPR16《無線電干擾和抗擾度測(cè)量設(shè)備規(guī)范》對(duì)電磁兼容性測(cè)量接收機(jī)、輔助設(shè)備的性能以及校準(zhǔn)方法作出了詳細(xì)的要求.CISPR17《無線電干擾濾波器及抑制元件的抑制特性測(cè)量》制訂了濾波器的測(cè)量方法.CISPR22《信息技術(shù)設(shè)備的無線電搔擾限值和測(cè)量方法》規(guī)定了信息技術(shù)設(shè)備在0.15-1000MHz頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生的電磁搔擾限值.CISPR24《信息技術(shù)設(shè)備抗擾度限值和測(cè)量方法》規(guī)定了信息技術(shù)設(shè)備對(duì)外部搔擾信號(hào)的時(shí)域及頻域的抗搔擾性能要求.其中CISPR16、CISPR22及CISPR24構(gòu)成了信息技術(shù)設(shè)備包括通信開關(guān)電源設(shè)備的電磁兼容性測(cè)試內(nèi)容及測(cè)試方法要求.是目前通信開關(guān)電源電磁兼容性設(shè)計(jì)的最基本要求.IEC最近也出版了大量的基礎(chǔ)性電磁兼容標(biāo)準(zhǔn).其中最有代表性的是IEC61000系列標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定了電子電氣設(shè)備的雷擊浪涌(SURGE)、靜電放電(ESD)、電快速瞬變脈沖群(EFT)、電流諧波、電壓跌落、電壓瞬變及短時(shí)中斷、電壓起伏和閃爍、輻射電磁場(chǎng)、由射頻電磁場(chǎng)引起的傳導(dǎo)搔擾抗擾度、傳導(dǎo)搔擾及輻射搔擾等的電磁兼容性要求.另外,美國聯(lián)邦委員會(huì)制訂的FCC15、德國電氣工程師協(xié)會(huì)制訂的VDC0871-1A1、VDE0971-2A2、VDE0878,都對(duì)通信設(shè)備的電磁兼容性提出了要求.我國對(duì)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)的研究比較晚.采取的最主要的辦法是引進(jìn)、消化、吸收.洋為中用是國內(nèi)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)的制訂的最主要的方法.1998年,信息產(chǎn)業(yè)部根據(jù)CISPR22、IEC61000系列標(biāo)準(zhǔn)及ITU-T 0.41標(biāo)準(zhǔn),制訂了UD/T983-1998《通信電源設(shè)備電磁兼容性限值及測(cè)量方法》,詳盡的規(guī)定了通信電源設(shè)備包括通信開關(guān)電源的電磁兼容性的具體測(cè)試項(xiàng)目、要求及測(cè)試方法,為通信電源電磁兼容性的檢驗(yàn)、達(dá)標(biāo)并通過入網(wǎng)檢測(cè)明確了設(shè)計(jì)目標(biāo).國標(biāo)也等同采用了相應(yīng)的檢測(cè)明確了國際標(biāo)準(zhǔn).如GB/T 17626.1-12系列標(biāo)準(zhǔn)等同采用了IEC61000系列標(biāo)準(zhǔn);GB9254-1998《信息技術(shù)設(shè)備的無線電搔擾限值及測(cè)量方法》等同采用CISPR22;GB/T17618-1998《信息技術(shù)設(shè)備抗擾度限值和測(cè)量方法》等同采用CISPR24.開關(guān)電源引起電磁兼容性的原因

通信開關(guān)電源因工作在高電壓大電流的開關(guān)工作狀態(tài)下,其引起電磁兼容性問題的原因是相當(dāng)復(fù)雜的.從整機(jī)的電磁兼容性講,主要有共阻抗耦合、線間耦合、電場(chǎng)耦合、磁場(chǎng)耦合電磁波耦合幾種.電磁兼容產(chǎn)生的三個(gè)要素為:搔擾源、傳播途徑及受搔擾體.共阻耦合主要是搔擾源與受搔擾體在電氣上存在的共同的阻抗,通過該阻抗使搔擾信號(hào)進(jìn)入受搔擾對(duì)象.線間耦合主要是產(chǎn)生搔擾電壓及搔擾電流的導(dǎo)線或PCB線,因并行布線而產(chǎn)生的相互耦合.電場(chǎng)耦合主要是由于電位差的存在,產(chǎn)生的感應(yīng)電場(chǎng)對(duì)受搔擾體產(chǎn)生的耦合.磁場(chǎng)耦合主要是大電流的脈沖電源線附近,產(chǎn)生的低頻磁場(chǎng)對(duì)搔擾對(duì)象產(chǎn)生的耦合.而電磁場(chǎng)耦合,主要是由于脈動(dòng)的電壓或電流產(chǎn)生的高頻電磁波,通過空間向外輻射,對(duì)相應(yīng)的受搔擾體產(chǎn)生的耦合.實(shí)際上,每一種耦合方式是不能嚴(yán)格區(qū)分的,只是側(cè)重點(diǎn)不同而已.在開關(guān)電源中,主功率開關(guān)管在很高的電壓下,以高頻開關(guān)方式工作,開關(guān)電壓及開關(guān)電流的接近方波,從頻譜分析知,方波信號(hào)含有豐富的高次諧波,該高次諧波的頻譜可達(dá)方波頻率的1000次以上.同時(shí),由于電源變壓器的漏電感及分布電容,以及主功率開關(guān)器件的工作狀態(tài)非理想,在高頻開或關(guān)時(shí),常常產(chǎn)生高頻高壓的尖峰諧波振蕩,該諧波振蕩產(chǎn)生的高次諧波,通過開關(guān)管與散熱器間的分布電容傳入內(nèi)部電路或通過散熱器及變壓器向空間輻射.用于整流及續(xù)流二級(jí)管,也是產(chǎn)生高頻搔擾的一個(gè)重要原因.因整流及續(xù)流二極管工作在高頻開關(guān)狀態(tài),由于二極管的引線寄生電感、結(jié)電容的存在以及反向恢復(fù)電流的影響,使之工作在很高的電壓及電流變化率下,且產(chǎn)生高頻振蕩.因整流及續(xù)流二極管一般離電源輸出線較近,其產(chǎn)生的高頻搔擾最容易通過直流輸出線傳出.通信開關(guān)電源為了提高功率因數(shù),均采用了有源功率因數(shù)效正電路.同時(shí),為了提高電路的效率及可靠性,減小功率器件的電應(yīng)力,大量的采用了軟開關(guān)技術(shù).其中零電壓、零電流或零電流開關(guān)技術(shù)應(yīng)用最為廣泛.該技術(shù)極大的降低了開關(guān)器件所產(chǎn)生的電磁搔擾.但是,軟開關(guān)無損吸收電路,多數(shù)利用L、C進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移,利用二極管的單向?qū)щ娦阅軐?shí)現(xiàn)能量的單向轉(zhuǎn)換,因而,該諧振電路中的二極管成為電磁搔擾的一大搔擾源.通信開關(guān)電源中,一般利用儲(chǔ)能電感及電容器,組成L、C濾波電路,實(shí)現(xiàn)對(duì)差模及共模搔擾信號(hào)的濾波,以及交流方波信號(hào)轉(zhuǎn)換為平滑的直流信號(hào).由于電感線圈的分布電容,導(dǎo)致了電感線圈的自諧振頻率降低,從而使大量的高頻搔擾信號(hào)穿過電感線圈,沿交流電源線或直流輸出線向外傳播.濾波電容器,隨著搔擾信號(hào)頻率的上升,由于引線電感的作用,導(dǎo)致電容量及濾波效果不斷的下降,直至諧振頻率以上時(shí),完全失去電容器的作用而變?yōu)楦行?不正確的使用濾波電容及引線過長,也是產(chǎn)生電磁搔擾的一個(gè)原因.通信開關(guān)電源由于功率密度高、智能化程度高,帶MCU微處理器,因而,從高至近千伏的電壓信號(hào),到低至幾伏的電壓信號(hào);從高頻的數(shù)字信號(hào),至低頻的模擬信號(hào),電源內(nèi)部的場(chǎng)分布相當(dāng)復(fù)雜.PCB布線不合理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、電源線輸入濾波不合理、輸入輸出電源線布線不合理及CPU、檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)不合理,均會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)工作的不穩(wěn)定或如靜電放電、電快速瞬變脈沖群、雷擊、浪涌及傳導(dǎo)搔擾、輻射搔擾及輻射電磁場(chǎng)抗擾性能力的降低.電磁兼容性研究及解決方法

電磁兼容性的研究,一般運(yùn)用CISPR16及IEC61000中規(guī)定的電磁場(chǎng)檢測(cè)儀器及各種搔擾信號(hào)模擬器、輔助設(shè)備,在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試場(chǎng)地或?qū)嶒?yàn)室內(nèi)部,通過詳盡的測(cè)試分析、結(jié)合對(duì)電路性能的理解與改進(jìn)來進(jìn)行分析研究.從電磁兼容性的三要素講,要解決開關(guān)電源的電磁兼容性,可從三個(gè)方面入手.第一:減小搔擾源產(chǎn)生的搔擾信號(hào).第二:切斷搔擾信號(hào)的傳播途徑.第三,增強(qiáng)受搔擾體的抗搔擾能力.在解決開關(guān)電源內(nèi)部的兼容性時(shí),可以綜合運(yùn)用上述三個(gè)方法,以成本效益比及實(shí)施的難易性為前提.因而,開關(guān)電源產(chǎn)生的對(duì)外搔擾,如電源線諧波電流、電源線傳導(dǎo)搔擾、電磁場(chǎng)輻射搔擾等,只能用減小搔擾源的方法來解決.一方面,可以增強(qiáng)輸入輸出濾波電路的設(shè)計(jì),改善APFC電路的性能,減小開關(guān)管及整流續(xù)流二極管的電壓電流變化率,采用各種軟開關(guān)電路拓?fù)浼翱刂品绞降?另一方面,加強(qiáng)機(jī)殼的屏蔽效果,改善機(jī)殼的縫隙泄漏,并進(jìn)行良好的接地處理.而對(duì)外部的抗搔擾能力,如浪涌、雷擊應(yīng)優(yōu)化交流輸入及直流輸出端口的防雷能力,通常,對(duì)1.2/50us開路電壓及8/20US短路電流的組合雷擊波形,因能量較小,采用氧化鋅壓敏電阻與氣體放電管等的組合方法來解決.對(duì)于靜電放電,通常在通信端口及控制端口的小信號(hào)電路中,采用TVS管及相應(yīng)的接地保護(hù)、加大小信號(hào)電路與機(jī)殼等的電距離來解決或選用具有抗靜電搔擾的器件.快速瞬變信號(hào)含有很寬的頻譜,很容易以共模的方式傳入控制電路內(nèi),采用防靜電相同的方法并減小共模電感的分布電容、加強(qiáng)輸入電路的共模信號(hào)濾波(加共模電容或插入損耗型的鐵氧體磁環(huán)等)來提高系統(tǒng)的抗擾性能.減小開關(guān)電源的內(nèi)部搔擾,實(shí)現(xiàn)其自身的電磁兼容性,提高開關(guān)電源的穩(wěn)定性及可靠性,應(yīng)從以下幾方面入手:注意數(shù)字電路與模塊電路PCB布線的正確分區(qū)、數(shù)字電路與模擬電路單點(diǎn)的接地、大電流電路與小電流特別是電流電壓取樣電路的單點(diǎn)接地以減小共阻搔擾、減小地環(huán)的影響、布線時(shí)注意相鄰線間的間距及信號(hào)性質(zhì),避免產(chǎn)生串?dāng)_、減小高壓大電流回路特別是變壓器原邊與開關(guān)管、電源濾波電容回路所包圍的面積,減小輸出整流回路及續(xù)流二極管回路與直流濾波器所包圍的面積,減小變壓器的漏電、濾波電感的分布電容、運(yùn)用諧振頻率高的濾波電容器等.MCU與液晶顯示器的數(shù)據(jù)線、地址線工作頻率較高,是產(chǎn)生輻射發(fā)射的主要搔擾源:小信號(hào)電路是抗外界搔擾的最薄弱環(huán)節(jié),適當(dāng)?shù)脑鲈O(shè)提高抗搔擾能力的TVS及高頻電容、鐵氧體磁珠等元器件,以提高小信號(hào)電路的抗搔擾能力;與機(jī)殼距離較近的小信號(hào)電路,應(yīng)加適當(dāng)?shù)慕^緣體耐壓處理等.功率器件的散熱器、主變壓器的電磁屏蔽層要適當(dāng)?shù)慕拥?綜合考濾各種接地措施,有助于提高整機(jī)的電磁兼容性.各控制單元間的大面積接地用接地板屏蔽,可以改善開關(guān)電源內(nèi)部工作的穩(wěn)定性.整流器的機(jī)架上,要考慮各整流器間的電磁耦合、整機(jī)地線布置、交流輸入中線、地線及直流地線、防雷地線間的正確關(guān)系、電磁兼容級(jí)的正確分配等.開關(guān)電源對(duì)內(nèi)、外的搔擾及抗搔擾中,共模信號(hào)與開關(guān)器件的工作方式、散熱器的安裝及整機(jī)PCB板與機(jī)殼的連接有相當(dāng)復(fù)雜的關(guān)系,共模信號(hào)在一定的條件下又可轉(zhuǎn)變成差模信號(hào).解決共模搔擾最簡單的方法是解決好各電路單元與整機(jī)端口、機(jī)殼間的問題.整機(jī)屏蔽難以實(shí)施且成本較高,在無可賴何的情況下才采用該措施.國內(nèi)通信開關(guān)電源的電磁兼容性改進(jìn)現(xiàn)狀

自YD/T983標(biāo)準(zhǔn)開始起草以來,國內(nèi)通信電源制造商紛紛開始電磁兼容性的研究.由于電磁兼容性測(cè)試儀器、試驗(yàn)場(chǎng)地建設(shè)費(fèi)用很高,且需要有經(jīng)驗(yàn)的研發(fā)人員,很多制造商不能有自己的試驗(yàn)室,對(duì)電磁兼容性的研究造成了一定的困難.YD/T983標(biāo)準(zhǔn)中,抗擾度指標(biāo)選用了國外標(biāo)準(zhǔn)中較低等級(jí).除雷擊浪涌、ESD及EFT指標(biāo)外,其它抗擾度指標(biāo)均比較容易達(dá)到要求.電磁搔擾指標(biāo)如傳導(dǎo)搔擾及輻射搔擾指標(biāo),由于很難滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求,是目前電磁兼容性研究的熱點(diǎn)內(nèi)容.國內(nèi)只有極少數(shù)的廠家可以完全達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)的要求.中興通信建立了自己的電磁兼容性試驗(yàn)室,在通信開關(guān)電源研發(fā)的初期,就致力于電磁兼容性的研究工作.其通信開關(guān)電源的前級(jí)運(yùn)用最先進(jìn)的有源功率因數(shù)校正技術(shù)加無損吸收電路,后級(jí)DC-DC采用零電壓零電流(ZVZCS)相移諧振軟開關(guān)技術(shù)或雙管正激無損吸收軟開關(guān)技術(shù),通過專業(yè)的電源輸入輸出濾波器設(shè)計(jì)及防雷設(shè)計(jì),以及對(duì)整機(jī)的安全性、數(shù)字接口電路的抗靜電設(shè)計(jì)及抗快速瞬變脈沖群設(shè)計(jì),對(duì)整機(jī)結(jié)構(gòu)洽到好處的電磁靜電設(shè)計(jì)及抗快速瞬變脈沖群設(shè)計(jì),對(duì)整機(jī)結(jié)構(gòu)洽到好處的電磁屏蔽設(shè)計(jì),不僅使整機(jī)內(nèi)部的電磁環(huán)境良好,工作穩(wěn)定,可靠性提高,也使通信開關(guān)電源對(duì)外的電流諧波、電起伏和閃爍、傳導(dǎo)搔擾及輻射搔擾達(dá)到或超過CISJPR22標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的A級(jí)要求.使輸入交流電源線能夠承受至少±6KV(1.2/50us與8/20us的綜合波)浪涌電壓搔擾、直流電源線能夠承受至少±2KV的浪涌電壓;整機(jī)外部能夠承受至少±8KV的靜電放電及3V/M的高頻電磁場(chǎng)搔擾,300A/M的工頻磁場(chǎng)搔擾.寬廣的交流輸入電壓范圍,使整機(jī)的電壓跌落、電壓瞬變及電壓短時(shí)中斷等搔擾過后,開關(guān)電源能夠正常工作.專業(yè)的采集全國各地的電網(wǎng)搔擾電壓,均在中興開關(guān)電源上經(jīng)過驗(yàn)證分析.中興通信系列開關(guān)電源的電磁兼容性指標(biāo),已完全滿足并超過了YD/T983-1998《通信開關(guān)電源設(shè)備電磁兼容性要求及測(cè)量方法》中所規(guī)定的所有項(xiàng)目的指標(biāo),部分產(chǎn)品已通過CE認(rèn)證及FCC認(rèn)證中的全部電磁兼容性指標(biāo),是真正的環(huán)保型通信開關(guān)電源.特別適合于移動(dòng)基站、程控交換設(shè)備、IP電話、有線電視等數(shù)據(jù)通信傳輸設(shè)備以及鐵路、水電、火電站等強(qiáng)的電磁場(chǎng)搔擾的場(chǎng)合使用.