探究電子設(shè)備的電磁兼容性設(shè)計

胡建瑛

摘 要：電磁兼容性是影響電子設(shè)備運行可靠性、安穩(wěn)性的主要因素之一，故而提升電磁兼容性設(shè)計水平具有很大現(xiàn)實意義。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，為詳細的論述了電子設(shè)備的電磁兼容性設(shè)計的內(nèi)容與方法，包括PCB、屏蔽、接地、濾波及隔離設(shè)計等，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)計分析

引言

信息社會中電子設(shè)備不斷被設(shè)計、研發(fā)及應用，在有限的平臺與空間中，電子設(shè)備類型、密集度均有不斷增加的趨勢，工作頻率也明顯提升，且有頻帶錯綜交疊的特征，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。盡管電池干擾不會有損設(shè)備自身性能，但會擾亂其正常運轉(zhuǎn)過程，給系統(tǒng)埋下隱患，增加系統(tǒng)安全運行的失敗率。故而越來越多的人開始研究電子設(shè)備額度兼容性問題，通過加強設(shè)計去改善以上情況。。

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)維持良好的安全運行狀態(tài)，也不會對所處環(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內(nèi)容。為使運轉(zhuǎn)階段實現(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，也要盡可能的增強被騷擾對象的抗擾能力。

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，進而引發(fā)的干擾;或者是信號經(jīng)由地線、電源和傳輸導線的阻抗相互耦合或者不同導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，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磁場，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

（一）PCB設(shè)計

首先，要做到布局的合理性。在PCB設(shè)計具體設(shè)計中，應全面分析電磁兼容、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性，減縮電源端口、信號端口等和連接器的間距，達到對數(shù)字電路和模擬電路的有效隔離。在PCB綜合布局階段，應遵照如下如下幾點原則[2]：（1）參照信號傳輸?shù)拇涡虿渴鸶鱾€單元電路的位置，規(guī)避發(fā)生信號迂回流通狀況;（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）力爭將引線數(shù)目降到最少，減縮其長度，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，實現(xiàn)合理分層。減少系統(tǒng)射頻發(fā)射量，由針對性的強化系統(tǒng)防護性能，挺難通過落實這一點確保信號的完整性。分層設(shè)計實踐中，應給予如下幾點問題：（1）信號層一定要緊貼平面層，最好貼靠地平面層;（2）對于重要信號線，需加設(shè)帶狀線;如果面對的對象是復位、時鐘及敏感信號線，在條件準許下理應用兩個地平面包繞;（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，確保布線的準確性。要求設(shè)計人員要精準的劃分信號線的所屬類別，時鐘與敏感信號線的布置工作在前，高速信號線次之，最后是他類信號線。在整個布線過程中，要保證輸入、輸出端信號線兩者處于完全隔離狀態(tài)，杜絕出現(xiàn)遠距離平行布線狀況，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，則要應用柵格狀設(shè)計方法，輔助應用多過孔連接接地。布線階段，在確認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，這是減少干擾問題的有效方法之一。

（二）屏蔽設(shè)計

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

干擾電磁場向外擴散過程。對于來自導線、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)計屏蔽外殼環(huán)節(jié)中，建議把通

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

的尺寸大小，膽以上過程中不會對通風孔的數(shù)目設(shè)定明確限制?？梢詰煤附庸に囂幚硗鈿そ涌p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

，至少小于波長。也要做好孔洞的電磁屏蔽設(shè)計工作。很多電子設(shè)備投用階段為了實現(xiàn)通風散熱功能及安裝、調(diào)控軸、表頭、電纜等，一定會開設(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，屏蔽效果會有降低趨勢，通常而言，應控制孔洞尺寸20～50波長[3]。

（三）接地設(shè)計

既往有大量的工程實踐表明，在電子設(shè)備內(nèi)，接地對電磁噪聲、干擾分別能起到較好的抑制、防控作用。在具體設(shè)計中，應合理選擇接地點位，應用行之有效的接地干擾抑制方法，盡量降低不同接地點之間的電位差，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、單點與多點接地是電子設(shè)備中常用的基本接地方式，通常而言，頻率低于1HMz時建議選擇單點接地;多點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，建議應用混合接地形式

（四）濾波設(shè)計

濾波技術(shù)是抑制電氣、電子設(shè)備傳導干擾過程的有效方法之一，也具備強化設(shè)備抗傳導干擾性的功能。實踐中，通常會將電磁干擾濾波器加設(shè)到電子設(shè)備中，進而減少傳導干擾電頻，參照阻抗失配原理，逐漸衰減電磁干擾信號的強度。在布置濾波器時，應使濾波器金屬殼和機箱殼兩者取得較好的面接觸，實現(xiàn)對地線的有效連接;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的作用[4]。

（四）隔離設(shè)計

為了能有效減少電磁形成的干擾，也可以采用相應的物理隔離手段，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，干擾程度大概會下降4倍。鑒于以上情況，設(shè)計人員在實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行處理，布線順序應依照低電平模擬信號、一般數(shù)字信號、交流控制及直流動力裝置等布置，實現(xiàn)有效的隔離設(shè)計。

結(jié)束語：

總之，在進行電子設(shè)備的電磁兼容性設(shè)計時，應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)備運轉(zhuǎn)階段，電磁干擾的出現(xiàn)有一定隨機性，兼容性設(shè)計前要進行科學的預測評，合理應用屏蔽體、濾波、接地等技術(shù)，最大限度的提升設(shè)備的電磁兼容性，確保其運行狀態(tài)的高可靠性。

參考文獻：

[1]陳磊.軍用電子設(shè)備電磁兼容性設(shè)計與試驗研究[J].通信電源技術(shù)，2020，37（04）：23-25.

[2]陳倩.淺談某型機載電子設(shè)備柜電磁兼容性設(shè)計[J].科學技術(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)計要點[J].艦船電子工程，2017，37（08）：16-20.

[4]周國清.電子設(shè)備中基于接地與屏蔽的電磁兼容性設(shè)計[J].西南大學學報（自然科學版），2014，36（08）：185-188.