電磁兼容設計原理及測試方法

摘要：針對當前嚴峻的電磁環(huán)境，分析了電磁干擾的來源，通過產品開發(fā)流程的分解，融入電磁兼容設計，從原理圖設計、PCB設計、元器件選型、系統(tǒng)布線、系統(tǒng)接地等方面逐步分析，總結概括電磁兼容設計要點，最后，介紹了電磁兼容測試的相關內容。

當前，日益惡化的電磁環(huán)境，使我們逐漸關注設備的工作環(huán)境，日益關注電磁環(huán)境對電子設備的影響，從設計開始，融入電磁兼容設計，使電子設備更可靠的工作。

電磁兼容設計主要包含浪涌（沖擊）抗擾度、振鈴波浪涌抗擾度、電快速瞬變脈沖群抗擾度、電壓暫降、短時中斷和電壓變化抗擾度、工頻電源諧波抗擾度、靜電抗擾度、射頻電磁場輻射抗擾度、工頻磁場抗擾度、脈沖磁場抗擾度、傳導騷擾、輻射騷擾、射頻場感應的傳導抗擾度等相關設計。

電磁干擾的主要形式

電磁干擾主要是通過傳導和輻射方式進入系統(tǒng)，影響系統(tǒng)工作，其他的方式還有共阻抗耦合和感應耦合。

傳導：傳導耦合即通過導電媒質將一個電網絡上的騷擾耦合到另一個電網絡上,屬頻率較低的部分(低于30MHz)。在我們的產品中傳導耦合的途徑通常包括電源線、信號線、互連線、接地導體等。

輻射：通過空間將一個電網絡上的騷擾耦合到另一個電網絡上，屬頻率較高的部分(高于30MHz)。輻射的途徑通過空間傳遞，在我們電路中引入和產生的輻射干擾主要是各種導線形成的天線效應。

共阻抗耦合：當兩個以上不同電路的電流流過公共阻抗時出現的相互干擾。在電源線和接地導體上傳導的騷擾電流，多以這種方式引入到敏感電路。

感應耦合：通過互感原理，將在一條回路里傳輸的電信號，感應到另一條回路對其造成干擾。分為電感應和磁感應兩種。

對這幾種途徑產生的干擾我們應采用的相應對策：傳導采取濾波（如我們設計中每個IC的片頭電容就是起濾波作用），輻射干擾采用減少天線效應（如信號貼近地線走）、屏蔽和接地等措施，就能夠大大提高產品的抵抗電磁干擾的能力，也可以有效的降低對外界的電磁干擾。

電磁兼容設計

對于一個新項目的研發(fā)設計過程，電磁兼容設計需要貫穿整個過程，在設計中考慮到電磁兼容方面的設計，才不致于返工，避免重復研發(fā)，可以縮短整個產品的上市時間，提高企業(yè)的效益。

一個項目從研發(fā)到投向市場需要經過需求分析、項目立項、項目概要設計、項目詳細設計、樣品試制、功能測試、電磁兼容測試、項目投產、投向市場等幾個階段。

在需求分析階段，要進行產品市場分析、現場調研，挖掘對項目有用信息，整合項目發(fā)展前景，詳細整理項目產品工作環(huán)境，實地考察安裝位置，是否對安裝有所限制空間，工作環(huán)境是否特殊，是否有腐蝕、潮濕、高溫等，周圍設備的工作情況，是否有惡劣的電磁環(huán)境，是否受限與其他設備，產品的研制成功能否大大提高生產效率，或者能否給人們的生活或工作環(huán)境帶來很大的方便，操作使用方式能否容易被人們所接受，這就要求項目產品要滿足現場功能需要、易于操作等，最后要整理詳細的需求分析報告，以供需求評審。

經過企業(yè)內部相關負責人的評審之后，完善需求分析報告，然后是項目立項，項目立項需要組建項目組，把軟件、硬件、結構、測試等人員安排到項目組中，分配各自的職責。項目開發(fā)的下一階段是項目概要設計，將項目分解成多個功能模塊，運用WBS分解結構對項目進行功能分解細化，根據工作量安排時間，安排具體人員。整理項目概要設計報告，總體對項目進行評估，確定使用電源類型，電源分布情況，電源隔離濾波方式，系統(tǒng)接地方式，產品屏蔽，產品結構采用屏蔽設計，采用屏蔽機箱機殼，分析信號類型，對雷電、靜電、群脈沖等干擾采取防護措施。

產品概要設計報告出來后要經過相關人員評審，分析實現方式是否合理，實施方案是否可行，由評審人員給出評審報告，項目組結合評審報告對概要設計進行修改后，進入產品詳細設計階段，這階段的內容包括原理圖設計、PCB設計、PCB采購及焊接、軟件編寫、功能調試等過程，原理圖設計應考慮到電磁兼容方面的影響，對板級電源增加濾波電容，對信號的接口部分增加濾波電路，根據信號類型，選擇合適的濾波電路，若信號為低頻型號，應選擇低通濾波電路，計算合適的截至頻率，選擇對應的電阻、電容等。另對接口部分設計大電流泄放回路，設置防雷器件，做到第三級的防雷。

一、元器件選型

我們常用的電子器件主要包括有源器件和無源器件兩種類型，有源器件主要指IC和模塊電路等器件，無源器件主要是指電阻、電容、電感等元件。下面分別對這兩種類型元件的選型、在電磁兼容方面要考慮的問題做一些介紹。

有源器件EMC選型

工作電壓寬的EMC特性好，工作電壓低的EMC特性好，在設計允許的范圍內延時大（通常所說的速度慢）特性好一些，靜態(tài)電流小、功耗小的比大的特性好，貼片封裝的器件的EMC性能好于插裝器件。

無源器件選型

無源器件在我們的應用中通常包括電阻、電容、電感等，對于無源器件的選型我們要注意這些元件的頻率特性和分布參數。

無源器件在某些頻率下，會表現出不同特性，一些電阻在高頻時擁有電感的特性，如線繞電阻，電解電容的低頻特性好，高頻特性差，而薄膜電容和瓷片電容高頻特性較好，但通常容量較小?？紤]溫度對元器件的影響，根據設計原理，選用各種溫度特性的器件。

二、印制板設計

印制板設計時，要考慮到干擾對系統(tǒng)的影響，將電路的模擬部分和數字部分的電路嚴格分開，對核心電路重點防護，將系統(tǒng)地線環(huán)繞，并布線盡可能粗，電源增加濾波電路，采用DC-DC隔離，信號采用光電隔離，設計隔離電源，分析容易產生干擾的部分（如時鐘電路、通訊電路等）和容易被干擾的部分（如模擬采樣電路等），對這兩種類型的電路分別采取措施。對于干擾元件采取抑制措施，對敏感元件采取隔離和保護措施，并且將它們在空間和電氣上拉開距離。在板級設計時，還要注意元器件放置要遠離印制板邊沿，這對防護空氣放電是有利的。

采樣電路的原理圖設計參見圖1：

圖1：采樣電路設計。