電磁兼容設計原則

1.1電子線(xiàn)路設計準則
電子線(xiàn)路設計者往往只考慮產(chǎn)品的功能，而沒(méi)有將功能和電磁兼容性綜合考慮，因此產(chǎn)品在完成其功能的同時(shí)，也產(chǎn)生了大量的功能性騷擾及其它騷擾。而且，不能滿(mǎn)足敏感度要求。
電子線(xiàn)路的電磁兼容性設計應從以下幾方面考慮：

1.1.1元件選擇
在大多數情況下，電路的基本元件滿(mǎn)足電磁特性的程度將決定著(zhù)功能單元和最后的設備滿(mǎn)足電磁兼容性的程度。選擇合適的電磁元件的主要準則包括帶外特性和電路裝配技術(shù)。因為是否能實(shí)現電磁兼容性往往是由遠離基頻的元件響應特性來(lái)決定的。而在許多情況下，電路裝配又決定著(zhù)帶外響應（例如引線(xiàn)長(cháng)度）和不同電路元件之間互相耦合的程度。具體規則是：
⑴在高頻時(shí)，和引線(xiàn)型電容器相比，應優(yōu)先進(jìn)用引線(xiàn)電感小的穿心電容器或支座電容器來(lái)濾波。
⑵在必須使用引線(xiàn)式電容時(shí)，應考慮引線(xiàn)電感對濾波效率的影響。
⑶鋁電解電容器可能發(fā)生幾微秒的暫時(shí)性介質(zhì)擊穿，因而在紋波很大或有瞬變電壓的電路里，應該使用固體電容器。
⑷使用寄生電感和電容量小的電阻器。片狀電阻器可用于超高頻段。
⑸大電感寄生電容大，為了提高低頻部分的插損，不要使用單節濾波器，而應該使用若干小電感組成的多節濾波器。
⑹使用磁芯電感要注意飽和特性，特別要注意高電平脈沖會(huì )降低磁芯電感的電感量和在濾波器電路中的插損。
⑺盡量使用屏蔽的繼電器并使屏蔽殼體接地。
⑻選用有效地屏蔽、隔離的輸入變壓器。
⑼用于敏感電路的電源變壓器應該有靜電屏蔽，屏蔽殼體和變壓器殼體都應接地。
⑽設備內部的互連信號線(xiàn)必須使用屏蔽線(xiàn)，以防它們之間的騷擾耦合。
⑾為使每個(gè)屏蔽體都與各自的插針相連，應選用插針足夠多的插頭座。

1.1.2電設計
每種單元都可以描述為接收一個(gè)輸入信號、并對輸入信號進(jìn)行加工，然后在輸出端輸出加工過(guò)的信號。必須考慮在輸入端可能存在的不希望有的信號，也要考慮經(jīng)過(guò)輸入端之外的其它通路進(jìn)入的無(wú)用信號。最好在輸入點(diǎn)上處理這些無(wú)用信號。

1.1.2.1電源
設備電源的EMI耦合涉及對供電線(xiàn)上的傳導發(fā)射（主電源諧波、差?；蚬材Ｋ沧?、無(wú)線(xiàn)電發(fā)射機的窄帶信號）的敏感度和傳導到供電線(xiàn)上的發(fā)射。在設備內電源廣泛地同其它功能相連，一方面電源中產(chǎn)生的無(wú)用信號可以很容易地耦合到各功能單元中去，另一方面，一個(gè)單元中的無(wú)用信號可能通過(guò)電源的（公共阻抗）耦合到其它單元去。因此，從電磁兼容的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)首先要關(guān)心電源。
⑴在可能的條件下，單獨為各功能單元供電。
⑵使用公共電源的所有電路盡可能彼此靠近。
⑶使用公共電源的所有電路必須互相兼容。
⑷應在交直流干線(xiàn)上使用電源濾波器，以防外部騷擾通過(guò)電源進(jìn)入設備，防止開(kāi)關(guān)瞬變和設備內部產(chǎn)生的其它信號進(jìn)入初級電源。
⑸有效隔離電源的輸入和輸出線(xiàn)及濾波器的輸入和輸出線(xiàn)。
⑹對電源進(jìn)行有效的電磁場(chǎng)屏蔽，特別是開(kāi)關(guān)電源。
⑺開(kāi)關(guān)電源會(huì )引起高頻輻射和傳導騷擾，但它又有排斥電力線(xiàn)瞬變的優(yōu)點(diǎn)（典型調壓器則不能）。
⑻整流二極管應工作在最低的電流密度上（與最大額定電流成正比）。
⑼對所有電路功能狀態(tài)電源都應保持低輸出阻抗，即使在射頻范圍，輸出電容也應呈現低阻抗。
⑽保證穩壓器有足夠快的響應時(shí)間，以便抑制高頻紋波和瞬變加載作用。
⑾為穩壓二極管提供足夠的射頻旁路。
⑿合理屏蔽和小心地把高壓電源同敏感電路隔離開(kāi)。
⒀電源變壓器應該是對稱(chēng)平衡的，而不應該是功率配平的。
⒁對于變壓器所用鐵芯材料應取其飽和磁感應強度Bm的下限值。無(wú)論什么情況下必須保證不使鐵芯驅動(dòng)到飽和狀態(tài)。
⒂變壓器鐵芯結構應優(yōu)選D型和C型，E型最次之。
⒃用靜電屏蔽的電源變壓器抑制電源線(xiàn)上的共模騷擾，多重屏蔽隔離變壓器（超隔）有更好的性能。

1.1.2.2控制單元
⑴控制單元和設備主體往往離得較遠，因此必須正確運用接地和屏蔽方法，防止構成地環(huán)路和耦合無(wú)用信號。
⑵控制單元內主要的無(wú)用信號源是那些能突然斷開(kāi)控制信號通道的元件。如開(kāi)關(guān)、繼電器、可控硅整流器、開(kāi)關(guān)二極管等。
⑶各種產(chǎn)生無(wú)用信號的開(kāi)關(guān)同感性負載一起運行時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生嚴重的瞬變過(guò)程。
⑷盡量減少陡峭波前瞬態(tài)過(guò)程，應限制接通和斷開(kāi)時(shí)通過(guò)開(kāi)關(guān)的浪涌電流。
⑸如果必要，可使用RC網(wǎng)絡(luò )或二級管來(lái)抑制開(kāi)關(guān)瞬變。
⑹如有必要，則使用緩沖或減振器來(lái)減小繼電器觸點(diǎn)的振動(dòng)。

1.1.2.3放大器
由于它們應用廣泛，能影響無(wú)用信號的產(chǎn)生和耦合，所以必須對放大器提出嚴格的電磁兼容性設計要求。
⑴放大器的布局應設計成最短的距離上傳送低電平信號，否則易引入騷擾。
⑵放大器占有帶寬應和有用信號匹配。必須控制放大器的帶外響應。帶寬過(guò)寬易將無(wú)用信號放大或產(chǎn)生寄生振蕩。
⑶要注意多級放大器各級之間的去耦。
⑷對所有放大器的輸入端進(jìn)行去耦，只讓有用信號進(jìn)入放大器。
⑸工作頻率低于1MHz的放大器，采用平衡輸入式為好（特別是音頻放大器）。
⑹運算放大器的噪聲比晶體管的噪聲電平高，為21/2倍以上。
⑺應將瞬時(shí)大電流負載的電源與運算放大器的電源分開(kāi)，防止運算放大器電源線(xiàn)的瞬時(shí)欠壓狀態(tài)。
⑻隔離放大器的輸入變壓器，初次級間應有效地屏蔽隔離。
⑼用輸入變壓器來(lái)斷開(kāi)到遠端音頻輸入電路的任何地環(huán)路。
⑽音頻輸入變壓器應是磁屏蔽的，以免拾取電源磁場(chǎng)騷擾。
⑾音頻放大器應該用平衡輸入式，并用屏蔽雙絞線(xiàn)對作輸入信號線(xiàn)。
⑿音頻增益（音量）控制應在高增益前置放大器之后，否則控制時(shí)它的走線(xiàn)上的噪聲和騷擾拾取電平將成為低電平輸入信號的可觀(guān)部分。
⒀音頻放大器若用開(kāi)關(guān)電源，要用20KHz或更高的開(kāi)關(guān)速度。

1.1.2.4數字電路
數字和模擬設備的發(fā)射和敏感特性不同的，一般不能用對數字信號濾波的方法來(lái)實(shí)現模擬電路電磁兼容。例如，通常產(chǎn)生窄帶騷擾，并常常對連續波騷擾敏感；數字電路常常產(chǎn)生寬帶騷擾，并對尖峰脈沖騷擾敏感?？刂茢底蛛娐返陌l(fā)射和敏感所采用的屏蔽、濾波的范圍和程度要根據數字電路單元的性能、電路元器件的速率來(lái)決定。
數字系統誤動(dòng)作的重要原因中，絕大多數起因于機殼地、信號地的電位波動(dòng)。集成電路0V端電位發(fā)生變化時(shí)，它的工作狀態(tài)便不穩定，從而影響下一級輸入端狀況，下一級也會(huì )不穩定。0V線(xiàn)電位的變化是接地線(xiàn)本身有電感和直流電阻所致。
⑴必須選擇電路功能允許的最慢的上升時(shí)間和下降時(shí)間，以限制產(chǎn)生不必要的高頻分量。
⑵避免產(chǎn)生和使用不必要的高邏輯電平。如能用5V電平的就不要用12V電平。
⑶時(shí)鐘頻率應在工作允許的條件下選用最低的。
⑷要防止數據脈沖通過(guò)濾波和二次穩壓電源耦合到直流電源總線(xiàn)上去。
⑸數字電路的輸入、輸出線(xiàn)不要緊靠時(shí)鐘或振蕩器線(xiàn)、電源線(xiàn)等電磁熱線(xiàn)，也不要緊靠復位線(xiàn)、中斷線(xiàn)、控制線(xiàn)等脆弱信號線(xiàn)。
⑹只要可能，就應在低阻抗點(diǎn)上連接數字電路的輸入和輸出端，或用阻抗變換緩沖級。
⑺要嚴格限制脈沖波形的尖峰、過(guò)沖和阻尼振蕩。
⑻若用脈沖變壓器，應是有屏蔽的。
⑼必須對電源線(xiàn)、控制線(xiàn)去耦，以防止外部騷擾進(jìn)入。
⑽不要用長(cháng)的、非屏蔽的信號線(xiàn)。印制線(xiàn)長(cháng)度達每ns上升時(shí)間大約5cm就要考慮匹配端接。
⑾注意到光電隔離器對差模騷擾有抑制效果，而對共模騷擾去沒(méi)有明顯作用。
⑿印制導線(xiàn)的電感分量在產(chǎn)生公共阻抗耦合方面起著(zhù)主導作用。電源線(xiàn)，尤其地線(xiàn)條要盡量粗、短。
⒀對有暫態(tài)陡峭電源電流的器件和易受電源噪聲影響的器件，要在其近旁接入高頻特性好的電容器去耦。
⒁在每個(gè)印制板電源入口處裝1個(gè)LCL形T型濾波器防止來(lái)自電源的沖擊輸入。
⒂用屏蔽網(wǎng)（編織帶）和鐵氧體夾卡改善扁平電纜的抗騷擾性能。
⒃從2層印制電路板改為多層印制電路板，很容易使發(fā)射和抗擾度性能提高10倍。
⒄“五—五”規則可以幫助你決策。即時(shí)鐘頻率大于5MHz或者脈沖上升時(shí)間小于5ns，宜于選擇多層電路板。
⒅用手工布關(guān)鍵線(xiàn)（時(shí)鐘、高速重復控制信號、復位線(xiàn)、中繼線(xiàn)、I/O線(xiàn)等）。若用自動(dòng)布線(xiàn)必須仔細檢查和修改違反EMI控制的地方。

1.1.2.5其他
⑴去耦
消除公共阻抗耦合有害影響的措施是去耦。去耦濾波器的關(guān)鍵元件是引線(xiàn)盡可能短的高頻電容器。
⑵隔離
①注意地環(huán)路形成共模騷擾。
②用隔離變壓器切斷地環(huán)路，最適用于信號不含直流分量時(shí)。寬帶信號不宜用它。在工業(yè)領(lǐng)域，把含直流分量的信號調制成交流信號，經(jīng)電壓或電流互感器將其送到接收端再進(jìn)行解調。非理想的變壓器在初級和次級之間存在分布電容，該分布電容允許騷擾經(jīng)變壓器進(jìn)行耦合，因而該分布電容的大小直接影響它的高頻隔離性能。也就是說(shuō)，該分布電容為信號進(jìn)人電網(wǎng)提供了通道。所以在選擇變壓器時(shí)，必須考慮分布電容的大小。在使用變壓器時(shí)，必須加靜電屏蔽（法拉第屏蔽）并接地，這可減小分布參數，因為靜電屏蔽破壞了初、次級問(wèn)的直接耦合，困而也就能降低傳導騷擾。
為了更好地降低分布電容，提高開(kāi)關(guān)變壓器的共模抑制性能，可采用三層屏蔽：第一層屏蔽連接到初級的電位端；第二層屏蔽連接到次級的低電位端，中心法拉第屏蔽連接到變壓器的外殼及安全地。
③光電耦合器隔離法。
因輸入和輸出線(xiàn)性關(guān)系差，不宜直接用于模擬信號，但最適于傳輸數字信號。用光脈寬調制法，就能傳輸含直流分量的模擬信號，而且有優(yōu)良的線(xiàn)性效果。
⑶提高抵抗共模騷擾能力的方法
有時(shí)很難用隔離器件切斷地環(huán)路，例如兩設備必須直流連接。這時(shí)只能采取措施把地環(huán)路產(chǎn)生的共模騷擾影響抑制到最小。
①用差分放大器
直流到高頻，線(xiàn)性好，適于模擬信號。對稱(chēng)平衡時(shí)，共模抑制很好。不平衡時(shí)，共模騷擾轉換成差模，影響程度與不平衡程度有關(guān)。
②串接共模扼流圈（中和變壓器或縱向扼流圈）

1.2印制電路設計準則
在印制線(xiàn)路板設計中，產(chǎn)品設計師往往只注重提高密度，減小占用空間，制作簡(jiǎn)單，或追求美觀(guān)，布局均勻，忽視了線(xiàn)路布局對電磁兼容性的影響，使大量的信號輻射到空間形成騷擾。
在設計印制線(xiàn)路板時(shí)，應注意以下幾點(diǎn)：
⑴從減小輻射騷擾的角度出發(fā)，應盡量選用多層板，內層分別作電源層、地線(xiàn)層，用以降低供電線(xiàn)路阻抗，抑制公共阻抗噪聲，對信號線(xiàn)形成均勻的接地面，加大信號線(xiàn)和接地面間的分布電容，抑制其向空間輻射的能力。
⑵電源線(xiàn)、地線(xiàn)、印制板走線(xiàn)對高頻信號應保持低阻抗。在頻率很高的情況下，電源線(xiàn)、地線(xiàn)、或印制板走線(xiàn)都會(huì )成為接收與發(fā)射騷擾的小天線(xiàn)。降低這種騷擾的方法除了加濾波電容外，更值得重視的是減小電源線(xiàn)、地線(xiàn)及其他印制板走線(xiàn)本身的高頻阻抗。因此，各種印制板走線(xiàn)要短而粗，線(xiàn)條要均勻。
⑶電源線(xiàn)、地線(xiàn)及印制導線(xiàn)在印制板上的排列要恰當，盡量做到短而直，以減小信號線(xiàn)與回線(xiàn)之間所形成的環(huán)路面積。
⑷電路元件和信號通路的布局必須最大限度地減少無(wú)用信號的相互耦合。
①低電子信號通道不能靠近高電平信號通道和無(wú)濾波的電源線(xiàn)，包括能產(chǎn)生瞬態(tài)過(guò)程的電路。
②將低電平的模擬電路和數字電路分開(kāi)，避免模擬電路、數字電路和電源公共回線(xiàn)產(chǎn)生公共阻抗耦合。
③高、中、低速邏輯電路在PCB上要用不同區域。
④安排電路時(shí)要使得信號線(xiàn)長(cháng)度最小。
⑤保證相鄰板之間不能有過(guò)長(cháng)的平行線(xiàn)。
⑥EMI濾波器要盡可能靠近EMI源，并放在同一塊線(xiàn)路板上。
⑦DC/DC變換器、開(kāi)關(guān)元件和整流器應盡可能靠近變壓器放置，以使其導線(xiàn)長(cháng)度最小。
⑧盡可能靠近整流二極管放置調壓元件和濾波電容器。