电磁兼容性设计要点

电磁兼容性设计要点 
电子、电气产品电磁兼容性设计的目的，是使产品在预期的电磁环境中能正常工作、无性能降低或故障，并具有对电磁环境中的任何事物不构成电磁骚扰的能力。电磁兼容性设计的基本方法是指标分配和功能分块设计。也就是说，首先要根据有关标准和规范，把整个产品的电磁兼容性指标要求，细分成产品级的、模块级的、电路级的、元器件级的指标要求；然后，按照各级要实现的功能要求和电磁兼容性指标要求，逐级进行设计，采取一定的防护措施等。做好产品电磁兼容性设计应注意以下一些问题：  

一、尽早进行电磁兼容性设计  

经验证明，如果在产品开发阶段解决兼容性问题所需费用为1，那么，等到定型后再想办法解决，费用将增加10倍；若到批量生产后再解决，费用将增加100 倍；若到用户发现问题后才解决，费用可能到达1000倍。这就是说如果在产品的开发阶段，同时进行电磁兼容性设计，就可以把80％—90％的电磁兼容性问题解决在产品定型之前。那种不顾电磁兼容性，只按常规进行产品设计，然后对样品进行电磁兼容性技术测试，发现问题再进行补救的做法，非但在技术上会造成很大问题，而且还会造成人力、财力的极大浪费，这是—种非常冒险的做法。所以，对于任何一种产品，尽早进行电磁兼容性设计都是非常必要的。  

二、有源器件选择与电子电路分析  

在完成产品的电路功能设计后，应对各有源器件和电子电路进行仔细分析，特别注意分析那些容易产生骚扰或容易受到骚扰的器件和电路。一般来说，高速逻辑电路、高速时钟电路、视频电路和一些含有电接点的电器等，都是潜在的电磁骚扰源，这些电路以及微处理器、低电平模拟电路等也很容易被骚扰而产生误动作；组合逻辑电路、线性电源及功率放大器等，则不易受到骚扰的影响。  

模拟电路具有一定的接收频带宽度，如果电磁骚扰的有效频带全部或部分地落在模拟电路的接收带宽内，则骚扰就被接收并迭加在有用信号上，与之一起进入模拟电路，当骚扰与有用信号相比足够大时、就会影响设备的正常工作。一些频带宽度达几兆赫的视频电路通常还同时成为骚扰源；模拟电路的高频振荡也将成为骚扰源，因此要正确选择相位和反馈，以避免振荡。  

数字电路工作在脉冲状态，其高频分量可延伸到数百兆赫以上。另一方面，外来骚扰脉冲很容易使数字电路误触发。所以，数字电路既是骚扰源，又容易受到骚扰。选用较低的脉冲重复频率和较慢的上升／下降沿，将降低数字电路产生的电磁骚扰。由于只有当骚扰脉冲的强度超过一定容许程度后，才能使数字电路误触发，这种 “容许程度” 就是敏感度门限，包括直流噪声容限、交流噪声容限和噪声能量容限。CMOS和HTL电路具有效高的噪声容限，应优选使用。  

在对有源器件技电磁骚扰发射特性和敏感特性进行筛选，并对电子电路进行改进后，应对骚扰源电路，易受骚扰影响的电路进行分类和集中，以减小相互影响和便于采取防护措施。  

三、印制电路板设计  

数字电路是一种最常见的宽带骚扰源，而瞬态地电流和瞬态负载电流是传导骚扰和辐射骚扰的初始源，必须通过印制电路板设计予以减小。  

当数字电路工作时，其内部的门电路将发生高低电压之间的转换，在转换的过程中，随着导通和截止状态的变换，会有电流从电源流入电路，或从电路流入地线，从而使电源线或地线上的电流产生不平衡而发生变化，这就是瞬态地电流，亦称ΔI噪声电流。由于电源线和地线存在一定电阻和电感，其阻抗是不可忽略的，ΔI噪声电流将通过阻抗引发电源电压的波动，即ΔI噪声电压，严重时将干扰其它电路或芯片的工作。为此，应尽量减小印制板地线和电源线的引线电感，如果使用多层板中的一层作为电源层，另选合适的一层作为接地层，ΔI噪声电压将减至最小。例如，当脉冲电流的变化为30mA，前后沿为3ns，则噪声带宽可达 100MHz，对于长为100mm，宽为1mm，厚为0.03mm的地线，其阻抗可达72.5Ω，ΔI限声电压为2.1V；若采用多层板的接地层，阻抗仅为3.72mΩ，ΔI噪声电压可降至100μV，对其它电路或芯片的工作几乎不发生影响。当然，如果在印制板上安装去耦电容来提供一个电流源，以补偿数字电路工作时所产生的ΔI噪声电流，将会取得更好的效果。  

瞬态负载电流是由于门电路驱动线对地电容和门电路输入电容在数字电路转换时所产生的瞬变电流。驱动线对地电容在单面板条件下为 0.1pF～0.3pF／cm，多层板为0.3pF～lpF／cm。例如，脉冲前后沿为3ns，电压变化为3.5V，驱动线对地电容为0.3pF，驱动容器输入端数为5，单门输入电容为5pF，则瞬态负载电流为  

瞬态负载电流与瞬态地电流复合后构成传导骚扰和辐射骚扰。所以应尽量缩短驱动线的长度和选用单门输入电容小的门电路。  

为了控制印制电路板的差模辐射，还应将信号和回线紧靠在一起，减小信号路径形成的环路面积。因为信号环路的作用就相当于辐射或接收磁场的环天线。共模辐射是由于接地面存在地电位造成的，这个地电位就是共模电压。当连接外部电缆时，电缆被共模电压激励形成共模辐射。控制共模辐射，首先要减小共模电压，例如采用地线网络或接地平面，合理选择接地点；其次可采用板上滤波器或滤波器连接器滤除共模电流；也可以采用屏蔽电缆抑制共模辐射，但应注意使屏蔽层与屏蔽机箱构成完全的屏蔽体，才能取得较好的效果。当然，降低信号频率和电平也是减小辐射的重要措施。为了减小印制板导线的辐射，设计时还应满足20H准则，这里， H是双面板的厚度，即元件面应比接地面缩小20H宽度，避免因边缘效应引起的辐射。高频或高速电路还应满足2W准则，这里，W是印制板导线的宽度，即导线间距不小于两倍导线宽度，以减小串扰。此外，导线应短、宽、均匀、直，如遇转弯，应采用45