電磁兼容設(shè)計及測試

摘要：針對當(dāng)前嚴(yán)峻的電磁環(huán)境，分析了電磁干擾的來源，通過產(chǎn)品開發(fā)流程的分解，融入電磁兼容設(shè)計，從原理圖設(shè)計、PCB設(shè)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(jié)概括電磁兼容設(shè)計要點，最后，介紹了電磁兼容測試的相關(guān)內(nèi)容。

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

電磁兼容設(shè)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(dǎo)騷擾、輻射騷擾、射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)抗擾度等相關(guān)設(shè)計。

電磁干擾的主要形式

電磁干擾主要是通過傳導(dǎo)和輻射方式進(jìn)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(yīng)耦合。

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

輻射：通過空間將一個電網(wǎng)絡(luò)上的騷擾耦合到另一個電網(wǎng)絡(luò)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(chǎn)生的輻射干擾主要是各種導(dǎo)線形成的天線效應(yīng)。

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

感應(yīng)耦合：通過互感原理，將在一條回路里傳輸?shù)碾娦盘?，感?yīng)到另一條回路對其造成干擾。分為電感應(yīng)和磁感應(yīng)兩種。

對這幾種途徑產(chǎn)生的干擾我們應(yīng)采用的相應(yīng)對策：傳導(dǎo)采取濾波（如我們設(shè)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(yīng)（如信號貼近地線走）、屏蔽和接地等措施，就能夠大大提高產(chǎn)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(shè)計

對于一個新項目的研發(fā)設(shè)計過程，電磁兼容設(shè)計需要貫穿整個過程，在設(shè)計中考慮到電磁兼容方面的設(shè)計，才不致于返工，避免重復(fù)研發(fā)，可以縮短整個產(chǎn)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(jīng)過需求分析、項目立項、項目概要設(shè)計、項目詳細(xì)設(shè)計、樣品試制、功能測試、電磁兼容測試、項目投產(chǎn)、投向市場等幾個階段。

在需求分析階段，要進(jìn)行產(chǎn)品市場分析、現(xiàn)場調(diào)研，挖掘?qū)椖坑杏眯畔?，整合項目發(fā)展前景，詳細(xì)整理項目產(chǎn)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(shè)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(shè)備，產(chǎn)品的研制成功能否大大提高生產(chǎn)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(chǎn)品要滿足現(xiàn)場功能需要、易于操作等，最后要整理詳細(xì)的需求分析報告，以供需求評審。

經(jīng)過企業(yè)內(nèi)部相關(guān)負(fù)責(zé)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(jié)構(gòu)、測試等人員安排到項目組中，分配各自的職責(zé)。項目開發(fā)的下一階段是項目概要設(shè)計，將項目分解成多個功能模塊，運用WBS分解結(jié)構(gòu)對項目進(jìn)行功能分解細(xì)化，根據(jù)工作量安排時間，安排具體人員。整理項目概要設(shè)計報告，總體對項目進(jìn)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(chǎn)品屏蔽，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)采用屏蔽設(shè)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(hù)措施。

產(chǎn)品概要設(shè)計報告出來后要經(jīng)過相關(guān)人員評審，分析實現(xiàn)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(jié)合評審報告對概要設(shè)計進(jìn)行修改后，進(jìn)入產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計階段，這階段的內(nèi)容包括原理圖設(shè)計、PCB設(shè)計、PCB采購及焊接、軟件編寫、功能調(diào)試等過程，原理圖設(shè)計應(yīng)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(jù)信號類型，選擇合適的濾波電路，若信號為低頻型號，應(yīng)選擇低通濾波電路，計算合適的截至頻率，選擇對應(yīng)的電阻、電容等。另對接口部分設(shè)計大電流泄放回路，設(shè)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(shè)計允許的范圍內(nèi)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(yīng)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(shù)。

無源器件在某些頻率下，會表現(xiàn)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(jù)設(shè)計原理，選用各種溫度特性的器件。

二、印制板設(shè)計

印制板設(shè)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(shù)字部分的電路嚴(yán)格分開，對核心電路重點防護(hù)，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(shè)計隔離電源，分析容易產(chǎn)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(hù)措施，并且將它們在空間和電氣上拉開距離。在板級設(shè)計時，還要注意元器件放置要遠(yuǎn)離印制板邊沿，這對防護(hù)空氣放電是有利的。

采樣電路的原理圖設(shè)計參見圖1：

圖1：采樣電路設(shè)計。