電磁兼容性設(shè)計要點

電磁兼容性設(shè)計要點 
電子、電氣產(chǎn)品電磁兼容性設(shè)計的目的，是使產(chǎn)品在預(yù)期的電磁環(huán)境中能正常工作、無性能降低或故障，并具有對電磁環(huán)境中的任何事物不構(gòu)成電磁騷擾的能力。電磁兼容性設(shè)計的基本方法是指標(biāo)分配和功能分塊設(shè)計。也就是說，首先要根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，把整個產(chǎn)品的電磁兼容性指標(biāo)要求，細分成產(chǎn)品級的、模塊級的、電路級的、元器件級的指標(biāo)要求；然后，按照各級要實現(xiàn)的功能要求和電磁兼容性指標(biāo)要求，逐級進行設(shè)計，采取一定的防護措施等。做好產(chǎn)品電磁兼容性設(shè)計應(yīng)注意以下一些問題：  

一、盡早進行電磁兼容性設(shè)計  

經(jīng)驗證明，如果在產(chǎn)品開發(fā)階段解決兼容性問題所需費用為1，那么，等到定型后再想辦法解決，費用將增加10倍；若到批量生產(chǎn)后再解決，費用將增加100 倍；若到用戶發(fā)現(xiàn)問題后才解決，費用可能到達1000倍。這就是說如果在產(chǎn)品的開發(fā)階段，同時進行電磁兼容性設(shè)計，就可以把80％—90％的電磁兼容性問題解決在產(chǎn)品定型之前。那種不顧電磁兼容性，只按常規(guī)進行產(chǎn)品設(shè)計，然后對樣品進行電磁兼容性技術(shù)測試，發(fā)現(xiàn)問題再進行補救的做法，非但在技術(shù)上會造成很大問題，而且還會造成人力、財力的極大浪費，這是—種非常冒險的做法。所以，對于任何一種產(chǎn)品，盡早進行電磁兼容性設(shè)計都是非常必要的。  

二、有源器件選擇與電子電路分析  

在完成產(chǎn)品的電路功能設(shè)計后，應(yīng)對各有源器件和電子電路進行仔細分析，特別注意分析那些容易產(chǎn)生騷擾或容易受到騷擾的器件和電路。一般來說，高速邏輯電路、高速時鐘電路、視頻電路和一些含有電接點的電器等，都是潛在的電磁騷擾源，這些電路以及微處理器、低電平模擬電路等也很容易被騷擾而產(chǎn)生誤動作；組合邏輯電路、線性電源及功率放大器等，則不易受到騷擾的影響。  

模擬電路具有一定的接收頻帶寬度，如果電磁騷擾的有效頻帶全部或部分地落在模擬電路的接收帶寬內(nèi)，則騷擾就被接收并迭加在有用信號上，與之一起進入模擬電路，當(dāng)騷擾與有用信號相比足夠大時、就會影響設(shè)備的正常工作。一些頻帶寬度達幾兆赫的視頻電路通常還同時成為騷擾源；模擬電路的高頻振蕩也將成為騷擾源，因此要正確選擇相位和反饋，以避免振蕩。  

數(shù)字電路工作在脈沖狀態(tài)，其高頻分量可延伸到數(shù)百兆赫以上。另一方面，外來騷擾脈沖很容易使數(shù)字電路誤觸發(fā)。所以，數(shù)字電路既是騷擾源，又容易受到騷擾。選用較低的脈沖重復(fù)頻率和較慢的上升／下降沿，將降低數(shù)字電路產(chǎn)生的電磁騷擾。由于只有當(dāng)騷擾脈沖的強度超過一定容許程度后，才能使數(shù)字電路誤觸發(fā)，這種 “容許程度” 就是敏感度門限，包括直流噪聲容限、交流噪聲容限和噪聲能量容限。CMOS和HTL電路具有效高的噪聲容限，應(yīng)優(yōu)選使用。  

在對有源器件技電磁騷擾發(fā)射特性和敏感特性進行篩選，并對電子電路進行改進后，應(yīng)對騷擾源電路，易受騷擾影響的電路進行分類和集中，以減小相互影響和便于采取防護措施。  

三、印制電路板設(shè)計  

數(shù)字電路是一種最常見的寬帶騷擾源，而瞬態(tài)地電流和瞬態(tài)負載電流是傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾的初始源，必須通過印制電路板設(shè)計予以減小。  

當(dāng)數(shù)字電路工作時，其內(nèi)部的門電路將發(fā)生高低電壓之間的轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換的過程中，隨著導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)的變換，會有電流從電源流入電路，或從電路流入地線，從而使電源線或地線上的電流產(chǎn)生不平衡而發(fā)生變化，這就是瞬態(tài)地電流，亦稱ΔI噪聲電流。由于電源線和地線存在一定電阻和電感，其阻抗是不可忽略的，ΔI噪聲電流將通過阻抗引發(fā)電源電壓的波動，即ΔI噪聲電壓，嚴重時將干擾其它電路或芯片的工作。為此，應(yīng)盡量減小印制板地線和電源線的引線電感，如果使用多層板中的一層作為電源層，另選合適的一層作為接地層，ΔI噪聲電壓將減至最小。例如，當(dāng)脈沖電流的變化為30mA，前后沿為3ns，則噪聲帶寬可達 100MHz，對于長為100mm，寬為1mm，厚為0.03mm的地線，其阻抗可達72.5Ω，ΔI限聲電壓為2.1V；若采用多層板的接地層，阻抗僅為3.72mΩ，ΔI噪聲電壓可降至100μV，對其它電路或芯片的工作幾乎不發(fā)生影響。當(dāng)然，如果在印制板上安裝去耦電容來提供一個電流源，以補償數(shù)字電路工作時所產(chǎn)生的ΔI噪聲電流，將會取得更好的效果。  

瞬態(tài)負載電流是由于門電路驅(qū)動線對地電容和門電路輸入電容在數(shù)字電路轉(zhuǎn)換時所產(chǎn)生的瞬變電流。驅(qū)動線對地電容在單面板條件下為 0.1pF～0.3pF／cm，多層板為0.3pF～lpF／cm。例如，脈沖前后沿為3ns，電壓變化為3.5V，驅(qū)動線對地電容為0.3pF，驅(qū)動容器輸入端數(shù)為5，單門輸入電容為5pF，則瞬態(tài)負載電流為  

瞬態(tài)負載電流與瞬態(tài)地電流復(fù)合后構(gòu)成傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾。所以應(yīng)盡量縮短驅(qū)動線的長度和選用單門輸入電容小的門電路。  

為了控制印制電路板的差模輻射，還應(yīng)將信號和回線緊靠在一起，減小信號路徑形成的環(huán)路面積。因為信號環(huán)路的作用就相當(dāng)于輻射或接收磁場的環(huán)天線。共模輻射是由于接地面存在地電位造成的，這個地電位就是共模電壓。當(dāng)連接外部電纜時，電纜被共模電壓激勵形成共模輻射。控制共模輻射，首先要減小共模電壓，例如采用地線網(wǎng)絡(luò)或接地平面，合理選擇接地點；其次可采用板上濾波器或濾波器連接器濾除共模電流；也可以采用屏蔽電纜抑制共模輻射，但應(yīng)注意使屏蔽層與屏蔽機箱構(gòu)成完全的屏蔽體，才能取得較好的效果。當(dāng)然，降低信號頻率和電平也是減小輻射的重要措施。為了減小印制板導(dǎo)線的輻射，設(shè)計時還應(yīng)滿足20H準(zhǔn)則，這里， H是雙面板的厚度，即元件面應(yīng)比接地面縮小20H寬度，避免因邊緣效應(yīng)引起的輻射。高頻或高速電路還應(yīng)滿足2W準(zhǔn)則，這里，W是印制板導(dǎo)線的寬度，即導(dǎo)線間距不小于兩倍導(dǎo)線寬度，以減小串?dāng)_。此外，導(dǎo)線應(yīng)短、寬、均勻、直，如遇轉(zhuǎn)彎，應(yīng)采用45