電磁兼容的分層設(shè)計(jì)原則

當(dāng)你選擇進(jìn)入電子行業(yè)成為一名電子工程師的時候，你必然也清楚：電和磁是互相關(guān)聯(lián)的。每一臺電子設(shè)備都不可避免的存在電磁兼容問題。因此，為了使電子設(shè)備可靠運(yùn)行，必須研究電磁兼容技術(shù)。近來，電磁兼容性已由事后處理發(fā)展到預(yù)先分析、預(yù)測和設(shè)計(jì)。電磁兼容已成為現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)中的重要組成部分。電磁兼容性達(dá)標(biāo)認(rèn)證已由一個國家范圍向全球地區(qū)發(fā)展，使電磁兼容性與安全性、環(huán)境適應(yīng)性處于同等重要地位。本篇碩凱電子的小編整理了一份電子工程師急需的行業(yè)技術(shù)貼，詳細(xì)分析電磁兼容的設(shè)計(jì)思路。

電磁兼容性是指電子設(shè)備在電磁環(huán)境中正常工作的能力。電磁干擾是對電子設(shè)備工作性能有害的電磁變化現(xiàn)象。電磁干擾不僅影響電子設(shè)備的正常工作，甚至造成電子設(shè)備中的某些元器件損害。因此，對電子設(shè)備的電磁兼容技術(shù)要給予充分的重視。既要注意電子設(shè)備不受周圍電磁干擾而能正常工作，又要注意電子設(shè)備本身不對周圍其它設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，影響其它設(shè)備正常運(yùn)行。

為了提高電子設(shè)備的電磁兼容能力，必須從開始設(shè)計(jì)時就給予電磁兼容性以足夠的重視。電磁兼容的設(shè)計(jì)思路可以從電磁兼容的三要素，即電磁干擾源、電磁干擾可能傳播的路徑及易接收電磁干擾的電磁敏感電路和器件入手。也就是

1)首先，要充分分析電子設(shè)備可能存在的電磁干擾源及其性質(zhì)，盡量消除或降低電磁干擾源的參數(shù)。

2)其次，要充分了解電磁干擾可能傳播的路徑，盡量切斷其路徑，或降低與電磁干擾耦合的能力。

3)最后，要充分認(rèn)識易接收電磁干擾的電磁敏感電路和器件，盡量杜絕其接收電磁干擾的可能性。

據(jù)此，在設(shè)計(jì)時應(yīng)采取相應(yīng)對策，消除或部分消除可能出現(xiàn)的電磁干擾，以減輕調(diào)試工作的壓力。在調(diào)試中，針對具體出現(xiàn)的電磁干擾，以及接收電磁干擾的電路和元器件的表現(xiàn)進(jìn)行分析，以確定電磁干擾源所在及電磁干擾可能傳播的路徑，再采取相應(yīng)的解決辦法。

電磁兼容的設(shè)計(jì)方法

電磁兼容設(shè)計(jì)要求在元器件級、部件級、設(shè)備級、系統(tǒng)級都達(dá)到互不干擾，正常工作。元器件、部件級上的電磁干擾主要來自不同的元件之間的電磁耦合，電路設(shè)計(jì)的任務(wù)之一就是要消除元件和部件級上發(fā)生的電磁干擾影響。

設(shè)備級，系統(tǒng)級所發(fā)生的電磁干擾與電子設(shè)備所處的電磁環(huán)境，各電子設(shè)備之間的相互影響，以及電子設(shè)備內(nèi)部的元件和部件之間的電磁耦合有關(guān)。

1 電磁兼容的分層設(shè)計(jì)原則

這主要是按照電磁兼容設(shè)計(jì)的先后順序來考慮的，從先到后可分為以下幾層：

(1) 元器件的選擇和PCB設(shè)計(jì)，這是關(guān)鍵的;

(2) 接地設(shè)計(jì)，這是主要的手段。以上兩層如果設(shè)計(jì)的好，可完成電磁兼容的80%以上的工作。

(3) 屏蔽設(shè)計(jì);

(4) 濾波設(shè)計(jì)和瞬態(tài)騷擾抑制。以上兩層是輔助手段，多為事后補(bǔ)救措施，也是我們最不提倡的。

(5) 可根據(jù)實(shí)際電路需要，結(jié)合以上幾層來綜合設(shè)計(jì)。2 保證電磁兼容的方法

主要根據(jù)構(gòu)成干擾的三要素從下幾方面來保證電磁兼容。

2.1 在不同等級上保證電磁兼容

1) 從元器件級上來說，當(dāng)是無源元件時，考慮(1)工作頻帶以外的元件參數(shù)與工作頻帶上的有很大的區(qū)別;(2)插件元件的末端引線有電感存在，當(dāng)高頻時這個電感易發(fā)生電磁兼容問題;(3)元件有寄生電容，寄生電感，在電路上表現(xiàn)為分布參數(shù)，在分析電路時也要考慮由它帶來的等效電路。當(dāng)是有源元件時，工作中產(chǎn)生的電磁輻射也會以傳導(dǎo)電流的方式成為干擾源，當(dāng)是非線性元件時還可能發(fā)生頻譜成分的變化，這種變化也會引起干擾。

在這里小碩要重點(diǎn)申明的是，很多時候?qū)嵱玫臒o源元件并不是“理想”的，其特性與理想的特性是有差異的。實(shí)用的元件本身可能就是一個干擾源，因此正確選用無源元件非常重要。有時也可以利用元件具有的特性進(jìn)行抑制和防止干擾。當(dāng)然，最保險(xiǎn)的方法還是根據(jù)EMC測試數(shù)據(jù)來確定最終的電路保護(hù)元器件型號。

2) 從設(shè)備級上來說，主要是保證減少對敏感設(shè)備的耦合，可考慮(1)增加脈沖前沿時間以減少干擾的頻寬;(2)消除電路中震蕩器產(chǎn)生的諧波及信號的諧波;(3)限制干擾輻射或消除干擾的傳播途徑。

3) 從系統(tǒng)級上來說，主要是靠組織或系統(tǒng)工程的方法來保證，因?yàn)橛锌赡茉趩蝹€設(shè)備上的電磁兼容得到了改善，但同時卻影響了其它設(shè)備的工作條件，使得其它設(shè)備的性能指標(biāo)變壞，此時需要從系統(tǒng)上折中考慮，另外，重要的一點(diǎn)是電磁兼容設(shè)計(jì)必須得到系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的高度重視。

2.2 減小導(dǎo)線之間的耦合

主要是從增大導(dǎo)線之間的距離，使用屏蔽，使用雙絞線或使用屏蔽加雙絞這幾個方面來考慮。

2.3 接地

主要應(yīng)考慮(1)接地導(dǎo)線及公共線的阻抗應(yīng)最小，最好小于產(chǎn)品最高工作頻率的λ/20以內(nèi);(2)接地導(dǎo)線應(yīng)采用橫截面為管形的接地線;(3)可靠接地，并防止連接點(diǎn)形成氧化層;(D)使用一點(diǎn)并聯(lián)接地(低頻用)或者多點(diǎn)接地(高頻用)。

2.4 屏蔽

當(dāng)是低頻磁場時，主要考慮磁屏蔽，當(dāng)屏蔽層越厚，材料導(dǎo)電率越高，屏蔽效能越好;當(dāng)是高頻磁場、電場或電磁場時，主要考慮用薄金屬屏蔽并良好接地。另一個值得注意的是

在線纜制作時，要求電纜屏蔽層和連接器插頭的金屬外殼要有360度的完整搭接，不能出現(xiàn)“豬尾巴”現(xiàn)象，否則效果大大打折扣。

2.5 濾波

主要考慮(1)抑制工作頻帶以外的干擾;(2)在信號電路中用吸收濾波器消除無用的頻譜成分;(3)在電源電路(尤其是開關(guān)電源中)，操縱電路，控制電路，以及轉(zhuǎn)換電路中消除產(chǎn)生的干擾。