电磁兼容在电路设计中的原则和方法

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1、电磁兼容在电路设计中的原则和方法电磁兼容设计要求在元器件级、部件级、设备级、系统级都达到互不干扰，正常工作。元器件、部件级上的电磁干扰主要来自不同的元件之间的电磁耦合，电路设计的任务之一就是要消除元件和部件级上发生的电磁干扰影响。设备级，系统级所发生的电磁干扰与电子设备所处的电磁环境，各电子设备之间的相互影响，以及电子设备内部的元件和部件之间的电磁耦合有关。1电磁兼容的分层设计原则这主要是按照电磁兼容设计的先后顺序来考虑的，从先到后可分为以下几层：(1)元器件的选择和PCB设计，这是关键的；(2)接地设计，这是主要的手段。以上两层如果设计的好，可完成电磁兼容的80%以上的工作

2、。(3)屏蔽设计；(4)滤波设计和瞬态骚扰抑制。以上两层是辅助手段，多为事后补救措施，也是我们最不提倡的。(5)可根据实际电路需要，结合以上几层来综合设计。2保证电磁兼容的方法主要根据构成干扰的三要素从下几方面来保证电磁兼容。2.1在不同等级上保证电磁兼容1)从元器件级上来说，当是无源元件时，考虑(1)工作频带以外的元件参数与工作频带上的有很大的区别；(2)插件元件的末端引线有电感存在，当高频时这个电感易发生电磁兼容问题；(3)元件有寄生电容，寄生电感，在电路上表现为分布参数，在分析电路时也要考虑由它带来的等效电路。当是有源元件时，工作中产生的电磁辐射也会以传导电流的方式成为

3、干扰源，当是非线性元件时还可能发生频谱成分的变化，这种变化也会引起干扰。2)从设备级上来说，主要是保证减少对敏感设备的耦合，可考虑(1)增加脉冲前沿时间以减少干扰的频宽；(2)消除电路中震荡器产生的谐波及信号的谐波；(3)限制干扰辐射或消除干扰的传播途径。3)从系统级上来说，主要是靠组织或系统工程的方法来保证，因为有可能在单个设备上的电磁兼容得到了改善，但同时却影响了其它设备的工作条件，使得其它设备的性能指标变坏，此时需要从系统上折中考虑，另外，重要的一点是电磁兼容设计必须得到系统总体设计的高度重视。2.2减小导线之间的耦合主要是从增大导线之间的距离，使用屏蔽，使用双绞线或使

4、用屏蔽加双绞这几个方面来考虑。2.3接地主要应考虑(1)接地导线及公共线的阻抗应最小，最好小于产品最高工作频率的λ/20以内；(2)接地导线应采用横截面为管形的接地线；(3)可靠接地，并防止连接点形成氧化层；(D)使用一点并联接地(低频用)或者多点接地(高频用)。2.4屏蔽当是低频磁场时，主要考虑磁屏蔽，当屏蔽层越厚，材料导电率越高，屏蔽效能越好；当是高频磁场、电场或电磁场时，主要考虑用薄金属屏蔽并良好接地。另一个值得注意的是在线缆制作时，要求电缆屏蔽层和连接器插头的金属外壳要有度的完整搭接，不能出现“猪尾巴”现象，否则效果大大打折扣。2.5滤波主要考虑(1)抑制工作频带以外

5、的干扰；(2)在信号电路中用吸收滤波器消除无用的频谱成分；(3)在电源电路(尤其是开关电源中)，操纵电路，控制电路，以及转换电路中消除产生的干扰。在工程实际中，一个最值得注意的地方是电源滤波器的安装，常见的滤波器的错误安装如图2所示。图2电源滤波器的错误安装2.6电子设备的空间位置由于各种电子设备的接收特性以及干扰源设备的辐射特性都具有一定的方向性和一定的作用距离，可以利用这些特性适当安排电子设备在设备空间中的位置以避免干扰和被干扰，即注意确定电子设备之间的空间距离和位置的格局。3PCB设计技术除了元器件的选择和电路设计外，良好的印制板(PCB)布线在电磁兼容设计中也是一个非

6、常重要的因素。既然PCB是系统的固有成分，在PCB布线中增强电磁兼容性不会给产品的最终完成带来附加费用，从这一点来说也是非常经济的。3.1注意电磁兼容设计的带宽在EMC中，除了基本频率外，还需考虑谐波因素，通常取十倍频，但在数字电路中却有些不同，比如在时钟电路和逻辑门电路中，辐射带宽与数字信号的上升沿或下降沿有关系，而不是数字信号的重复周期，其关系为：，其中是脉冲的上升沿时间。例如，典型时钟驱动的边沿速率是2ns，此时，≈160MHz，再考虑十倍频，则此时钟电路可能产生直到1.6GHz的辐射带宽。所以在选择器件时要选择慢速的逻辑器件系列，因为器件对电磁辐射贡献的大小与工作频率

7、无直接关系而只取决于边沿速率(这和从电路功能设计上选择快速器件是矛盾的，在电路设计时需要折中考虑)。还有从器件的抗扰能力上来说，CMOS器件是最好的，因为它的噪声容限高。从封装上来说，BGA是最好的，因为它的引线很短。脉冲信号的频谱如图3所示。T谐波幅度（电压或电流）-20dB/dec-40dB/decV(orI)=2A(d+tr)/TV(orI)=0.64A/TfV(orI)=0.2A/Ttrf2频率（对数）1/ptr1/pdAtrd图3脉冲信号的频谱3.2注意用于PCB电磁兼容设计的电路与电路原理图