探究電子設(shè)備的電磁兼容性設(shè)計(jì)

胡建瑛

摘 要：電磁兼容性是影響電子設(shè)備運(yùn)行可靠性、安穩(wěn)性的主要因素之一，故而提升電磁兼容性設(shè)計(jì)水平具有很大現(xiàn)實(shí)意義。文章在解讀電磁兼容性概念的基礎(chǔ)上，列舉了電磁干擾的主要方式，主要包括內(nèi)部干擾與外部干擾，探究其各自常見的情況，為詳細(xì)的論述了電子設(shè)備的電磁兼容性設(shè)計(jì)的內(nèi)容與方法，包括PCB、屏蔽、接地、濾波及隔離設(shè)計(jì)等，以供同行參考。

關(guān)鍵詞：電子設(shè)備;電磁兼容性;電磁干擾;設(shè)計(jì)分析

引言

信息社會(huì)中電子設(shè)備不斷被設(shè)計(jì)、研發(fā)及應(yīng)用，在有限的平臺(tái)與空間中，電子設(shè)備類型、密集度均有不斷增加的趨勢(shì)，工作頻率也明顯提升，且有頻帶錯(cuò)綜交疊的特征，外加設(shè)備自身靈敏度有很大提升，在以上多種因素的作用下，電磁環(huán)境異常復(fù)雜，這樣的環(huán)境中電子設(shè)備的電磁兼容性問題逐漸浮出水面。盡管電池干擾不會(huì)有損設(shè)備自身性能，但會(huì)擾亂其正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程，給系統(tǒng)埋下隱患，增加系統(tǒng)安全運(yùn)行的失敗率。故而越來越多的人開始研究電子設(shè)備額度兼容性問題，通過加強(qiáng)設(shè)計(jì)去改善以上情況。。

一、電磁兼容性的分析

電磁兼容性，即被定義成器件、設(shè)備或系統(tǒng)能在自身所處的電磁環(huán)境內(nèi)維持良好的安全運(yùn)行狀態(tài)，也不會(huì)對(duì)所處環(huán)境形成任何無法承受的電磁騷擾情況的能力。電磁兼容主要包括電磁干擾與電磁敏感度兩大項(xiàng)內(nèi)容。為使運(yùn)轉(zhuǎn)階段實(shí)現(xiàn)互不干擾、兼容，不僅要有效調(diào)控騷擾源形成的電磁發(fā)射，也要盡可能的增強(qiáng)被騷擾對(duì)象的抗擾能力。

二、電磁干擾方式

（一）內(nèi)部干擾

即電子設(shè)備內(nèi)置的不同元器件之間出現(xiàn)的相互干擾，可能是工作電源通過線路的分布電容與絕緣電阻之間形成漏電情況，進(jìn)而引發(fā)的干擾;或者是信號(hào)經(jīng)由地線、電源和傳輸導(dǎo)線的阻抗相互耦合或者不同導(dǎo)線之間的互感作用而引起的;設(shè)備本體或系統(tǒng)內(nèi)置的部分元件發(fā)熱發(fā)燙，損害元件器穩(wěn)定性時(shí)，也可能形成內(nèi)部干擾[1]。

（二）外部干擾

即電子設(shè)備或系統(tǒng)之外的因素對(duì)線路、設(shè)備或系統(tǒng)形成的干擾，比如外部高電壓和電源以絕緣漏電位載體，對(duì)線路、設(shè)備或系統(tǒng)形成不同程度的干擾;外部大功率在空間上形成較強(qiáng)磁場(chǎng)，基于相互耦合過程形成干擾;也可能是因作業(yè)環(huán)境溫度穩(wěn)定性差或者外部空間電磁波引起的干擾。

三、設(shè)備的電磁兼容性設(shè)計(jì)

（一）PCB設(shè)計(jì)

首先，要做到布局的合理性。在PCB設(shè)計(jì)具體設(shè)計(jì)中，應(yīng)全面分析電磁兼容、熱分布及電路單元功能等因素形成的影響，盡可能的提升布局的科學(xué)性，減縮電源端口、信號(hào)端口等和連接器的間距，達(dá)到對(duì)數(shù)字電路和模擬電路的有效隔離。在PCB綜合布局階段，應(yīng)遵照如下如下幾點(diǎn)原則[2]：（1）參照信號(hào)傳輸?shù)拇涡虿渴鸶鱾€(gè)單元電路的位置，規(guī)避發(fā)生信號(hào)迂回流通狀況;（2）參照功能電路的核心器件開展布局工作，從基礎(chǔ)環(huán)節(jié)上布局效果得到保障;（3）力爭(zhēng)將引線數(shù)目降到最少，減縮其長(zhǎng)度，減少分布參數(shù)與相互之間形成的電磁干擾;（4）盡量在相同區(qū)域中布置輸入、輸出單元單路。

其次，實(shí)現(xiàn)合理分層。減少系統(tǒng)射頻發(fā)射量，由針對(duì)性的強(qiáng)化系統(tǒng)防護(hù)性能，挺難通過落實(shí)這一點(diǎn)確保信號(hào)的完整性。分層設(shè)計(jì)實(shí)踐中，應(yīng)給予如下幾點(diǎn)問題：（1）信號(hào)層一定要緊貼平面層，最好貼靠地平面層;（2）對(duì)于重要信號(hào)線，需加設(shè)帶狀線;如果面對(duì)的對(duì)象是復(fù)位、時(shí)鐘及敏感信號(hào)線，在條件準(zhǔn)許下理應(yīng)用兩個(gè)地平面包繞;（3）主電源平面一定要緊貼在地平面，建議將其布置在地平面下方。

最后，確保布線的準(zhǔn)確性。要求設(shè)計(jì)人員要精準(zhǔn)的劃分信號(hào)線的所屬類別，時(shí)鐘與敏感信號(hào)線的布置工作在前，高速信號(hào)線次之，最后是他類信號(hào)線。在整個(gè)布線過程中，要保證輸入、輸出端信號(hào)線兩者處于完全隔離狀態(tài)，杜絕出現(xiàn)遠(yuǎn)距離平行布線狀況，并且在傳輸線轉(zhuǎn)彎位置盡可能的布置出圓弧形，不要出現(xiàn)大范圍覆蓋銅現(xiàn)象，如果有特別要求一定要大范圍覆銅，則要應(yīng)用柵格狀設(shè)計(jì)方法，輔助應(yīng)用多過孔連接接地。布線階段，在確認(rèn)不影響使用功能的基礎(chǔ)上，盡可能的縮短高頻元器件之間的布線長(zhǎng)，這是減少干擾問題的有效方法之一。

（二）屏蔽設(shè)計(jì)

屏蔽，即采用屏蔽體去減少電磁能量的傳輸，或者對(duì)以上過程形成一定阻斷作用，規(guī)避

干擾電磁場(chǎng)向外擴(kuò)散過程。對(duì)于來自導(dǎo)線、電纜、電路等形成的電磁波，屏蔽體能起到良好的吸收、反射或抵消作用，借此方式

弱化電磁干擾。在設(shè)計(jì)屏蔽外殼環(huán)節(jié)中，建議把通

風(fēng)孔設(shè)計(jì)成圓形，在確保髂具有良好散熱效果的基礎(chǔ)上，盡可能的縮小通風(fēng)孔

的尺寸大小，膽以上過程中不會(huì)對(duì)通風(fēng)孔的數(shù)目設(shè)定明確限制?？梢詰?yīng)用焊接工藝處理外殼接縫位置，這是確保電磁傳輸過程連續(xù)性的有效方法之一。通常要求縫隙的最大線形尺寸小于波長(zhǎng)

，至少小于波長(zhǎng)。也要做好孔洞的電磁屏蔽設(shè)計(jì)工作。很多電子設(shè)備投用階段為了實(shí)現(xiàn)通風(fēng)散熱功能及安裝、調(diào)控軸、表頭、電纜等，一定會(huì)開設(shè)數(shù)目不等的孔洞，孔洞可能為電磁能量泄漏創(chuàng)造便利條件，這是造成屏蔽體屏蔽效能降低的主要原因之一。伴隨孔洞尺寸的增加過程，屏蔽效果會(huì)有降低趨勢(shì)，通常而言，應(yīng)控制孔洞尺寸20～50波長(zhǎng)[3]。

（三）接地設(shè)計(jì)

既往有大量的工程實(shí)踐表明，在電子設(shè)備內(nèi)，接地對(duì)電磁噪聲、干擾分別能起到較好的抑制、防控作用。在具體設(shè)計(jì)中，應(yīng)合理選擇接地點(diǎn)位，應(yīng)用行之有效的接地干擾抑制方法，盡量降低不同接地點(diǎn)之間的電位差，可以選用管型接地線，確保不同接電線之間電氣連接的可靠性。合理選擇接地方式，懸浮、單點(diǎn)與多點(diǎn)接地是電子設(shè)備中常用的基本接地方式，通常而言，頻率低于1HMz時(shí)建議選擇單點(diǎn)接地;多點(diǎn)接地方式在頻率超過IOMHz的工況中表現(xiàn)出良好的適用性，如果頻率在1MHz～10MHz區(qū)間內(nèi)取值時(shí)，建議應(yīng)用混合接地形式

（四）濾波設(shè)計(jì)

濾波技術(shù)是抑制電氣、電子設(shè)備傳導(dǎo)干擾過程的有效方法之一，也具備強(qiáng)化設(shè)備抗傳導(dǎo)干擾性的功能。實(shí)踐中，通常會(huì)將電磁干擾濾波器加設(shè)到電子設(shè)備中，進(jìn)而減少傳導(dǎo)干擾電頻，參照阻抗失配原理，逐漸衰減電磁干擾信號(hào)的強(qiáng)度。在布置濾波器時(shí)，應(yīng)使濾波器金屬殼和機(jī)箱殼兩者取得較好的面接觸，實(shí)現(xiàn)對(duì)地線的有效連接;濾波器輸入、輸出線必須有一定距離，不要出現(xiàn)并列通行情況，以防造成濾波器效能降低;選擇雙絞線作為濾波器的連接線，這種接線自身有消解局部高頻干擾信號(hào)的作用[4]。

（四）隔離設(shè)計(jì)

為了能有效減少電磁形成的干擾，也可以采用相應(yīng)的物理隔離手段，比如增加被干擾電路和干擾源之間的距離，干擾程度和距離平方之間存在反比例關(guān)系，距離每增加1倍，干擾程度大概會(huì)下降4倍。鑒于以上情況，設(shè)計(jì)人員在實(shí)踐中可以考慮完善部分器件或設(shè)備的布局與布線形式，拉大干擾源和被干擾電路的距離，進(jìn)而減少系統(tǒng)的故障發(fā)生率。安裝布線過程中，要依照干擾靈敏性與自身功率分別進(jìn)行處理，布線順序應(yīng)依照低電平模擬信號(hào)、一般數(shù)字信號(hào)、交流控制及直流動(dòng)力裝置等布置，實(shí)現(xiàn)有效的隔離設(shè)計(jì)。

結(jié)束語：

總之，在進(jìn)行電子設(shè)備的電磁兼容性設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合分析多方面的因素，在此基礎(chǔ)上采用適宜的電磁兼容控制方法。我們一定要明確，電子設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)階段，電磁干擾的出現(xiàn)有一定隨機(jī)性，兼容性設(shè)計(jì)前要進(jìn)行科學(xué)的預(yù)測(cè)評(píng)，合理應(yīng)用屏蔽體、濾波、接地等技術(shù)，最大限度的提升設(shè)備的電磁兼容性，確保其運(yùn)行狀態(tài)的高可靠性。

參考文獻(xiàn)：

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[2]陳倩.淺談某型機(jī)載電子設(shè)備柜電磁兼容性設(shè)計(jì)[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018，47（09）：191-192.

[3]湯恒，易艷春.艦用電子設(shè)備結(jié)構(gòu)電磁兼容性設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].艦船電子工程，2017，37（08）：16-20.

[4]周國(guó)清.電子設(shè)備中基于接地與屏蔽的電磁兼容性設(shè)計(jì)[J].西南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，36（08）：185-188.