電子設(shè)備電磁兼容性設(shè)計研究

睢燕

摘要：對于電子設(shè)備而言，電子兼容性非常重要，能夠有效減少電磁干擾對于設(shè)備的影響，提升電子設(shè)備運行的穩(wěn)定性和可靠性。該文從電磁兼容性的內(nèi)涵出發(fā)，分析了電磁干擾的來源，并就電子設(shè)備電磁兼容性設(shè)計進(jìn)行了研究和討論。

關(guān)鍵詞：電子設(shè)備；電磁兼容性；設(shè)計

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）26-0034-02

科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，使得電子設(shè)備得到了越發(fā)廣泛的應(yīng)用，而電子設(shè)備在運行過程中，會在其周邊空間產(chǎn)生相應(yīng)的電磁場，從而產(chǎn)生相互干擾的電磁波，影響電子設(shè)備的穩(wěn)定可靠運行。想要提升電子設(shè)備對于電磁環(huán)境的適應(yīng)能力，需要做好電磁兼容性設(shè)計，實現(xiàn)對電磁干擾的控制和消除，確保電子設(shè)備在與其他設(shè)備或者系統(tǒng)共同工作時，不會引發(fā)設(shè)備或者和系統(tǒng)性能的降低。

1 電磁兼容性概述

簡單來講，電磁兼容性指設(shè)備或者系統(tǒng)能夠在電磁環(huán)境中實現(xiàn)正常運作，而且不會對電磁環(huán)境中的其他設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，其是評價電子設(shè)備對環(huán)境造成電磁污染危害程度，以及抵御電磁污染能力的一項重要指標(biāo)。電磁兼容性本身包含了兩層含義，一是設(shè)備或者系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁輻射不會對其他設(shè)備或者系統(tǒng)的正常功能產(chǎn)生影響，二是設(shè)備或者系統(tǒng)具備良好的抗干擾能力，不會受到其他設(shè)備或者系統(tǒng)的電磁干擾的影響。電磁兼容性設(shè)計需要同時關(guān)注電磁干擾和電磁敏感度兩個指標(biāo)，想要避免系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的彼此干擾，實現(xiàn)兼容運行，不僅需要對騷擾源的電磁發(fā)射進(jìn)行控制，還必須提升被騷擾對象的抗干擾能力。

新時期，電子計算機(jī)的普及以及電子電路集成度的提高，使得電磁兼容性問題變得越發(fā)嚴(yán)重，受到了專業(yè)技術(shù)人員的高度重視，一個系統(tǒng)是否可靠，取決于其是否能夠在規(guī)定的條件下，在正常運作中，保持良好的電磁兼容性。在對電子設(shè)備電磁兼容性進(jìn)行設(shè)計的過程總，應(yīng)該堅持指標(biāo)分配原則與功能分塊設(shè)計，一方面，需要技術(shù)人員依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，將整個產(chǎn)品的電磁兼容性指標(biāo)要求劃分為多個不同的層級，如產(chǎn)品級、模塊級、電路級以及原件級等，為產(chǎn)品設(shè)計提供可靠參考；另一方面，需要依照不同層級需要實現(xiàn)的功能以及電磁兼容性指標(biāo)要求，開展逐級設(shè)計，配合一定的防護(hù)措施來保證產(chǎn)品質(zhì)量。為了能夠確保設(shè)備具備良好的電磁兼容性，在開展總體設(shè)計的過程中，需要做好頻率及頻譜選擇、阻抗選擇、帶信號電平選擇以及儀器電路布置等。

2 電磁干擾來源

2.1 干擾條件

電子產(chǎn)品在運行過程中，并非隨時都可以產(chǎn)生電磁干擾，其必須同時滿足三個條件：干擾源、干擾傳播途徑和干擾接收設(shè)備，簡單來件，就是產(chǎn)生電磁發(fā)射的噪聲源，電磁干擾船舶的途徑以及容易受到電磁干擾影響的敏感設(shè)備（器件）。

2.2 干擾來源

2.2.1 內(nèi)部干擾

內(nèi)部干擾指電子設(shè)備內(nèi)部元器件之間彼此產(chǎn)生的干擾，具體來講，一是工作電源通過帶線路分布電容以及絕緣電阻，產(chǎn)生漏電引發(fā)的干擾，其與工作頻率密切相關(guān)；二是導(dǎo)線之間互感產(chǎn)生的干擾，或者信號經(jīng)地線、電源及傳輸導(dǎo)線阻抗互相耦合形成的干擾；三是設(shè)備在運行過程中，內(nèi)部元器件發(fā)熱影響了其本身或者其他元器件的穩(wěn)定性，繼而產(chǎn)生干擾；四是一些大功率部件或者高壓部件在工作時產(chǎn)生的磁場或者電場，經(jīng)耦合作用，對其他部件產(chǎn)生干擾。

2.2.2 外部干擾

外部干擾主要是指電子設(shè)備之外的因素對于線路、設(shè)備形成的干擾。具體來講，一是外部高壓后者電源發(fā)生絕緣漏電，干擾電子設(shè)備、線路乃至系統(tǒng)的正常運行；二是外部環(huán)境中存在有大功率設(shè)備，設(shè)備運行時會在周邊產(chǎn)生強(qiáng)烈磁場，通過互感耦合作用，對設(shè)備或者系統(tǒng)產(chǎn)生干擾；三是空間電磁波的存在，同樣還會干擾電子設(shè)備及系統(tǒng)的正常運行；四是工作環(huán)境相對惡劣，溫度波動大，會導(dǎo)致電子設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部元器件運行參數(shù)的變化，形成干擾；五是工業(yè)電網(wǎng)供電設(shè)備與電網(wǎng)電壓經(jīng)電源變壓器引發(fā)的干擾。

2.3 傳播途徑

電磁干擾傳播的途徑大致有兩種，一是傳導(dǎo)干擾，指沿電源線或者信號線傳輸?shù)碾姶鸥蓴_。在電子設(shè)備中，不同元件之間存在各種各樣的連接線路，如電源線、公用地線、信號互連線等，設(shè)備或者單元電源電路產(chǎn)生的電磁能量可能會沿導(dǎo)線傳輸?shù)较噜弳卧娐?，造成干擾；二是輻射干擾，指通過空間傳播的電磁干擾。干擾源周邊的空間可以分為兩個不同的區(qū)域，距離干擾源較近的區(qū)域被稱為感應(yīng)場區(qū)或者近場區(qū)，距離干擾源較遠(yuǎn)（大于2π）的區(qū)域被稱為輻射場區(qū)或者遠(yuǎn)場區(qū)。

3 電子設(shè)備電磁兼容性設(shè)計

電子設(shè)備電磁兼容性設(shè)計的主要目的有兩個，一是保障電子設(shè)備能夠有效抵御外部電磁干擾，在特定的電磁環(huán)境中可以實現(xiàn)正常運行，二是減少電子設(shè)備運行中對于其他設(shè)備的電磁干擾。

3.1 PCB設(shè)計

首先，應(yīng)該做到合理布局。在PCB設(shè)計中，需要充分考慮電磁兼容、熱分布以及電路單元功能等各種因素，保證其布局科學(xué)合理，縮短電源端口、信號端口等與連接器之間的距離，實現(xiàn)對數(shù)字電路與模擬電路的隔離等。在開展PCB整體布局的過程中，應(yīng)該堅持幾個基本原則：一是依照信號傳輸?shù)捻樞驅(qū)γ恳粋€單元電路的位置進(jìn)行安排，避免出現(xiàn)信號迂回流通的情況；二是應(yīng)該結(jié)合功能電路的核心器件進(jìn)行布局，保證布局效果；三是應(yīng)該盡量減少引線熟練，縮短引線長度，降低分布參數(shù)與相互間的電磁干擾；四是應(yīng)該避免將輸入輸出單元單路布設(shè)在同一個區(qū)域。其次，應(yīng)該重視合理分層。降低系統(tǒng)射頻發(fā)射，對系統(tǒng)防護(hù)性能進(jìn)行強(qiáng)化，以此來保證信號的完整性。在分層設(shè)計中，同樣需要關(guān)注幾點：一是信號層必須與平面層緊靠，最好能夠緊貼地平面層；二是對于重要信號線，需要設(shè)置為帶狀線，對復(fù)位、時鐘以及敏感信號線，在條件允許的情況下應(yīng)該以兩個地平面包圍；三是主電源平面必須緊貼地平面，在地平面下方設(shè)置。然后，應(yīng)該保證正確布線。設(shè)計人員需要做好信號線分類，先分布時鐘和敏感信號線，再進(jìn)行高速信號線的布設(shè)，最后才是其他信號線。布線環(huán)節(jié)，需要確保輸入輸出端信號線的隔離，同時避免長距離平行布線，同時在傳輸線拐彎處，應(yīng)該盡量設(shè)置為圓弧形，避免大面積覆蓋銅的情況，如果因為特殊要求，必須大面積覆銅，則應(yīng)該采用柵格狀設(shè)計，配合多過孔連接接地。不僅如此，在布線過程中，需要盡量縮短高頻元器件之間的布線長度，以此來減少干擾問題。

3.2 屏蔽設(shè)計

屏蔽設(shè)計主要是針對兩個空間區(qū)域的金屬設(shè)施進(jìn)行隔離，或者說利用屏蔽體對干擾源進(jìn)行包裹，避免干擾電磁場向外擴(kuò)散。屏蔽體能夠有效吸收來自導(dǎo)線、電纜、電路等的內(nèi)部電磁波和外部干擾電磁波，可以對能量進(jìn)行吸收、反射或者抵消，從而有效弱化電磁干擾。在針對屏蔽外殼進(jìn)行設(shè)計時，需要將通風(fēng)孔設(shè)置為圓形，在保證散熱效果的情況下，盡量縮小通風(fēng)孔的尺寸，不過并不需要對通風(fēng)孔的數(shù)量進(jìn)行限制。外殼接縫處可以采用焊接工藝進(jìn)行處理，這樣能夠保證電磁傳導(dǎo)的連續(xù)性。在屏蔽外殼電路輸入輸出端口，可以設(shè)置相應(yīng)的濾波措施，保證評比外殼可以實現(xiàn)良好接地。

3.3 接地設(shè)計

接地能夠有效抑制電磁噪音，預(yù)防電磁干擾，在接地設(shè)計中，應(yīng)該做好接地點的合理選擇，采取有效的接地干擾抑制措施，盡可能減少接地點之間的電位差，選擇管型接地線，保證接電線之間具備可靠的電氣連接。另外，需要對接地方式進(jìn)行合理選擇，對于電子設(shè)備，接地方式包括懸浮接地、單點接地和多點接地，在沒有特殊要求的情況下，單點接地適用于頻率1MHz的情況，多點接地適用于頻率超過10MHz的情況，若頻率在兩者之間，則采用混合接地。

3.4 濾波設(shè)計

濾波技術(shù)能夠有效對電子設(shè)備傳導(dǎo)干擾進(jìn)行抑制，也能夠提升設(shè)備本身抗傳導(dǎo)干擾能力。具體來講，主要是在設(shè)備中設(shè)置電磁干擾濾波器，以此來降低傳導(dǎo)干擾電頻，結(jié)合阻抗失配原理來使得電磁干擾信號逐步衰減。在對濾波器進(jìn)行設(shè)置時，應(yīng)該確保濾波器金屬殼與機(jī)箱殼實現(xiàn)良好面接觸，保證良好接地，同時濾波器輸入線和輸出線必須拉開一定距離，避免并行的情況。

3.5 隔離設(shè)計

想要降低電磁干擾，可以設(shè)置相應(yīng)的物理隔離措施，如加大受干擾電路或者期間與干擾源之間的距離，干擾程度與距離平方呈反比，距離每增加一倍，干擾會降低四倍左右，因此，設(shè)計人員需要綜合考慮器件或者設(shè)備的布局和布線，增加干擾源與受擾電路之間的距離，以此來降低系統(tǒng)故障率。在安裝布線環(huán)節(jié)，需要依照干擾靈敏度或者本身功率來進(jìn)行分別處理，布置的順序應(yīng)該依照低電平模擬信號、一般數(shù)字信號、交流控制裝置、直流動力裝置等。依照上述順序，將其相互隔離，保持一定距離，不過，部分設(shè)備在布線環(huán)節(jié)會受到各種因素的影響，無法滿足物理隔離的要求，需要考慮其他措施。

4 結(jié)束語

總而言之，在對電子設(shè)備電磁兼容性進(jìn)行設(shè)計的過程中，應(yīng)該充分考慮各方面的影響因素，采取切實可行的電磁兼容控制策略。必須認(rèn)識到，電子設(shè)備運行中，電磁干擾是隨機(jī)出現(xiàn)的，在設(shè)計前需要做好預(yù)評估，運用屏蔽、濾波、接地等技術(shù)，提升電子設(shè)備的電磁兼容性，確保設(shè)備的穩(wěn)定可靠運行。

[通聯(lián)編輯：光文玲]