电磁兼容设计准则.docx

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1、电磁兼容设计准则1.1电子线路设计准则电子线路设计者往往只考虑产品的功能，而没有将功能和电磁兼容性综合考 虑，因此产品在完成其功能的同时，也产生了大量的功能性骚扰及其它骚扰。 而且，不能满足敏感度要求。电子线路的电磁兼容性设计应从以下几方面考虑：1. 1. 1元件选择在大多数情况下，电路的基本元件满足电磁特性的程度将决定着功能单元和最 后的设备满足电磁兼容性的程度。选择合适的电磁元件的主要准则包括带外特 性和电路装配技术。因为是否能实现电磁兼容性往往是由远离基频的元件响应 特性来决定的。而在许多情况下，电路装配又决定着带外响应（例如引线长 度）和不同电路元件之间互相耦合的程度。具体规则是：在高

2、频时，和引线型电容器相比，应优先进用引线电感小的穿心电容器或支 座电容器来滤波。在必须使用引线式电容时，应考虑引线电感对滤波效率的影响。铝电解电容器可能发生几微秒的暂时性介质击穿，因而在纹波很大或有瞬变 电压的电路里，应该使用固体电容器。使用寄生电感和电容量小的电阻器。片状电阻器可用于超高频段。大电感寄生电容大，为了提高低频部分的插损，不要使用单节滤波器，而应 该使用若干小电感组成的多节滤波器。使用磁芯电感要注意饱和特性，特别要注意高电平脉冲会降低磁芯电感的电 感量和在滤波器电路中的插损。尽量使用屏蔽的继电器并使屏蔽壳体接地。选用有效地屏蔽、隔离的输入变压器。用于敏感电路的电源变压器应该有静电

3、屏蔽，屏蔽壳体和变压器壳体都应接 地。设备内部的互连信号线必须使用屏蔽线，以防它们之间的骚扰耦合。（11）为使每个屏蔽体都与各自的插针相连，应选用插针足够多的插头座。1. 1.2电设计每种单元都可以描述为接收一个输入信号、并对输入信号进行加工，然后在输 出端输出加工过的信号。必须考虑在输入端可能存在的不希望有的信号，也要 考虑经过输入端之外的其它通路进入的无用信号。最好在输入点上处理这些无 用信号。1. 1. 2. 1 电源设备电源的EMI耦合涉及对供电线上的传导发射（主电源谐波、差模或共模瞬 变、无线电发射机的窄带信号）的敏感度和传导到供电线上的发射。在设备内 电源广泛地同其它功能相连，一方

4、面电源中产生的无用信号可以很容易地耦合 到各功能单元中去，另一方面，一个单元中的无用信号可能通过电源的（公共 阻抗）耦合到其它单元去。因此，从电磁兼容的观点出发首先要关心电源。 在可能的条件下，单独为各功能单元供电。使用公共电源的所有电路尽可能彼此靠近。把屏蔽层隔离开来，以防发生不必要的接地。不要把屏蔽层用于信号回线。双绞线有类似电磁屏蔽作用。敏感电路的保护用于保护音频敏感电路的屏蔽层仅一端接地。永远不要把屏蔽层用作音频敏 感电路的回线。用于射频敏感电路的屏蔽层两端要接地。对于既属音频敏感又属射频敏感的电路，要选用紧密的屏蔽线对。扭绞间距 离越短屏蔽效果越好。屏蔽层两端要接地。1.6接地设计准

5、则在产品设计时，从安全角度或从功能上考虑接地的多，而从抑制骚扰的角度考 虑按地设计的少，因而在选择接地方式、接地点、接地线时，就会出现一些本 可以避免的错误。此外，良好的接地设计必需有良好的装配工艺作保障，才能 达到预期的目的。1. 6.1在接地设计时，要根据实际情况选择接地方式及接地点。例如，微机辐射骚扰超过极限值的频率集中在30200MHz范围之内，因此微机 内部各单元及屏蔽电缆相对机壳应采用多点就近接地的方式。使用单点接地， 会增加接地线的长度，如果接地线长度接近或等于骚扰信号波长的1/4时、其 幅射能力将大大增加，接地线线将成为天线。一般来讲，接地线的长度应小于 2. 5cm。屏蔽电缆

6、的接地如图1所示。1.6. 2接地线的选用经常可以看到这样的产品，其内部的接地线是很细的单股线，这种在其内部通 过高频电流时，由于高频阻抗很大，接地效果可想而知。因此，考虑到趋肤效 应，接地线需要选用带状编织线。如果对接地要求很高，还可在其表面镀银， 这主要是减小导线的表面电阻率，因而达到减小接地线高频阻抗的目的。1. 6. 3接地线应与接地面良好搭接标准中一般规定，接地线与接地面的直流搭接阻抗应小于2. 5mW为了高质量的 接地，接地面应经过表面处理，避免氧化、腐蚀。在接地线与接地平面之间不 应有锁紧垫圈、衬垫，而且不应使用衬垫、螺栓、螺母作为接地回路的一部 分。1.6. 4三种接地方式：浮

7、地、单点接地和多点接地浮地的目的是将电路或设备与公共地线或可能引起环流的公共线路隔离开来。 缺点：由于设备不与大地直接相连，容易出现静电积累，达到一定程度后会产 生击穿，这是一种破坏性很强的骚扰源。折衷处理的办法是在浮地与大地之间 接一个阻值很大的泄放电阻，以消除静电积累的影响。实现浮地的办法：变压 器隔离、充电隔离。浮地除了使地线“浮”起来以外，还解决了单地系统中电 位不一致带来的麻烦。单点接地是指接地只有一个物理点被定义为接地参考点，其他各需要接地的点 都直接接到这一点。如果系统工作频率很高，达到接地线长度可以与工作频率 （信号的波长）相比拟的程度时就不能再用单点接地的方式了（接地效果已经

8、 不理想了），而要用多点接地的概念了。多点接地是指一个系统中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上，使接 地线的长度为最短。接地点可以是设备的底板，也可以是贯通整个系统的地导 线，还可以是设备的结构框架等。多点接地的优点是电路结构比单点接地简 单。由于采用了多点接地，就形成了许多接地回路，因此提高接地系统的质量 就变得十分重要，需要经常维护，保持良好的导电性能。混合接地：只对需要高频接地的地方采用多点接地，其余用单点接地。接地长 度以0.05入0. 15人来衡量，超出此值的应采用多点接地。另外，以继电器等有大电流突变的场合，要用单独接地以减少对其他电路的瞬 变耦合。负载直接接地是不合适的。用

9、紧绕的双绞线也能获得极好的屏蔽性能。当屏蔽电缆传输高频信号时，电缆外层屏蔽应采用多点接地，典型的分界点是 lOOKHz,高于此值用多点接地，低于此值用单点接地，多点接地时要做到每隔 0.05入0. 1人有一个接地点。屏蔽层接地不能用辫状接地，而应当让屏蔽层包裹芯线，然后再让屏蔽层360 度接地。1. 6. 5地设计准则电路尺寸小于0.05人时可用单点接地，大于0.15人时可用多点接地。对工作频率很宽的系统要用混合接地。出现地线环路问题时，可用浮地隔离（如变压器，光电）。所有接地线要短。接地线要导电良好，避免高阻性。对信号线，信号回线，电源系统回线以及底板或机壳都要有单独的接地系统， 然后可以将

10、这些回线接到一个参考点上。对于那些将出现较大电流突变的电路，要有单独的接地系统，或者有单独的接 地回线以减少对其他电路的瞬态耦合。低电平电路的接地线必须交叉的地方，要使导线互相垂直。使用平衡差分电路，以尽量减少接地电路的骚扰影响。对于最大尺寸远小于入/4的电路，使用单点接地的紧绞合线（是否屏蔽视实际 情况而定），以使设备敏感度最好。交直流线不能绑扎在一起。交流线本身要绞合起来。端接电缆屏蔽层时，避免使用屏蔽层辫状引出线。需要用同轴电缆传输信号时,要通过屏蔽层提供信号回路。低频电路可在信号 源端单点接地；高频电路则采用多点接地。高频、低电平传轴线要用多层屏蔽，各屏蔽层用单点接地。从安全出发，测试

11、设备的地线直接与被测设备的地线联接；还是从安全出发， 要确保接地联接装置能够应付意外的故障电流，在室外终端接地时，能够应付 雷电电流的冲击。使用公共电源的所有电路必须互相兼容。应在交直流干线上使用电源滤波器，以防外部骚扰通过电源进入设备，防止开关瞬变和设备内部产生的其它信号进入初级电源。有效隔离电源的输入和输出线及滤波器的输入和输出线。对电源进行有效的电磁场屏蔽，特别是开关电源。开关电源会引起高频辐射和传导骚扰，但它又有排斥电力线瞬变的优点（典 型调压器则不能）。整流二极管应工作在最低的电流密度上（与最大额定电流成正比）。对所有电路功能状态电源都应保持低输出阻抗，即使在射频范围，输出电容 也应

12、呈现低阻抗。保证稳压器有足够快的响应时间，以便抑制高频纹波和瞬变加载作用。（11）为稳压二极管提供足够的射频旁路。合理屏蔽和小心地把高压电源同敏感电路隔离开。电源变压器应该是对称平衡的，而不应该是功率配平的。（14）对于变压器所用铁芯材料应取其饱和磁感应强度Bm的下限值。无论什么情况 下必须保证不使铁芯驱动到饱和状态。（15）变压器铁芯结构应优选D型和C型，E型最次之。用静电屏蔽的电源变压器抑制电源线上的共模骚扰，多重屏蔽隔离变压器 （超隔）有更好的性能。控制单元控制单元和设备主体往往离得较远，因此必须正确运用接地和屏蔽方法，防 止构成地环路和耦合无用信号。控制单元内主要的无用信号源是那些能突

13、然断开控制信号通道的元件。如开 关、继电器、可控硅整流器、开关二极管等。各种产生无用信号的开关同感性负载一起运行时，就会产生严重的瞬变过程。尽量减少陡峭波前瞬态过程，应限制接通和断开时通过开关的浪涌电流。如果必要，可使用RC网络或二级管来抑制开关瞬变。如有必要，则使用缓冲或减振器来减小继电器触点的振动。1. 1. 2. 3放大器由于它们应用广泛，能影响无用信号的产生和耦合，所以必须对放大器提出严 格的电磁兼容性设计要求。放大器的布局应设计成最短的距离上传送低电平信号，否则易引入骚扰。放大器占有带宽应和有用信号匹配。必须控制放大器的带外响应。带宽过宽 易将无用信号放大或产生寄生振荡。要注意多级放

14、大器各级之间的去耦。对所有放大器的输入端进行去耦，只让有用信号进入放大器。工作频率低于1MHz的放大器，采用平衡输入式为好（特别是音频放大器）。运算放大器的噪声比晶体管的噪声电平高，为21/2倍以上。应将瞬时大电流负载的电源与运算放大器的电源分开，防止运算放大器电源 线的瞬时欠压状态。隔离放大器的输入变压器，初次级间应有效地屏蔽隔离。用输入变压器来断开到远端音频输入电路的任何地环路。音频输入变压器应是磁屏蔽的，以免拾取电源磁场骚扰。（11）音频放大器应该用平衡输入式，并用屏蔽双绞线对作输入信号线。音频增益（音量）控制应在高增益前置放大器之后，否则控制时它的走线上 的噪声和骚扰拾取电平将成为低电

15、平输入信号的可观部分。音频放大器若用开关电源，要用20KHz或更高的开关速度。数字电路数字和模拟设备的发射和敏感特性不同的，一般不能用对数字信号滤波的方法 来实现模拟电路电磁兼容。例如，通常产生窄带骚扰，并常常对连续波骚扰敏 感；数字电路常常产生宽带骚扰，并对尖峰脉冲骚扰敏感。控制数字电路的发 射和敏感所采用的屏蔽、滤波的范围和程度要根据数字电路单元的性能、电路 元器件的速率来决定。数字系统误动作的重要原因中，绝大多数起因于机壳地、信号地的电位波动。集成电路0V端电位发生变化时，它的工作状态便不稳定，从而影响下一级输入 端状况，下一级也会不稳定。0V线电位的变化是接地线本身有电感和直流电阻 所

16、致。必须选择电路功能允许的最慢的上升时间和下降时间，以限制产生不必要的 高频分量。避免产生和使用不必要的高逻辑电平。如能用5V电平的就不要用12V电平。时钟频率应在工作允许的条件下选用最低的。要防止数据脉冲通过滤波和二次稳压电源耦合到直流电源总线上去。数字电路的输入、输出线不要紧靠时钟或振荡器线、电源线等电磁热线，也 不要紧靠复位线、中断线、控制线等脆弱信号线。只要可能，就应在低阻抗点上连接数字电路的输入和输出端，或用阻抗变换 缓冲级。要严格限制脉冲波形的尖峰、过冲和阻尼振荡。若用脉冲变压器，应是有屏蔽的。必须对电源线、控制线去耦，以防止外部骚扰进入。不要用长的、非屏蔽的信号线。印制线长度达每

17、ns上升时间大约5cm就要考 虑匹配端接。（11）注意到光电隔离器对差模骚扰有抑制效果，而对共模骚扰去没有明显作用。印制导线的电感分量在产生公共阻抗耦合方面起着主导作用。电源线，尤其 地线条要尽量粗、短。对有暂态陡峭电源电流的器件和易受电源噪声影响的器件，要在其近旁接入 高频特性好的电容器去耦。（14）在每个印制板电源入口处装1个LCL形T型滤波器防止来自电源的冲击输 入。用屏蔽网（编织带）和铁氧体夹卡改善扁平电缆的抗骚扰性能。从2层印制电路板改为多层印制电路板，很容易使发射和抗扰度性能提高10 倍。“五一五”规则可以帮助你决策。即时钟频率大于5MHz或者脉冲上升时间小 于5ns,宜于选择多层

18、电路板。用手工布关键线（时钟、高速重复控制信号、复位线、中继线、I/O线 等）。若用自动布线必须仔细检查和修改违反EMI控制的地方。L L2.5其他去耦消除公共阻抗耦合有害影响的措施是去耦。去耦滤波器的关键元件是引线尽可 能短的高频电容器。隔离注意地环路形成共模骚扰。用隔离变压器切断地环路，最适用于信号不含直流分量时。宽带信号不宜用 它。在工业领域，把含直流分量的信号调制成交流信号，经电压或电流互感器 将其送到接收端再进行解调。非理想的变压器在初级和次级之间存在分布电 容，该分布电容允许骚扰经变压器进行耦合，因而该分布电容的大小直接影响 它的高频隔离性能。也就是说，该分布电容为信号进人电网提供

19、了通道。所以 在选择变压器时，必须考虑分布电容的大小。在使用变压器时，必须加静电屏 蔽（法拉第屏蔽）并接地，这可减小分布参数，因为静电屏蔽破坏了初、次级 问的直接耦合，困而也就能降低传导骚扰。为了更好地降低分布电容，提高开关变压器的共模抑制性能，可采用三层屏 蔽：第一层屏蔽连接到初级的电位端；第二层屏蔽连接到次级的低电位端，中 心法拉第屏蔽连接到变压器的外壳及安全地。光电耦合器隔离法。因输入和输出线性关系差，不宜直接用于模拟信号，但最适于传输数字信号。 用光脉宽调制法，就能传输含直流分量的模拟信号，而且有优良的线性效果。 提高抵抗共模骚扰能力的方法有时很难用隔离器件切断地环路，例如两设备必须直

20、流连接。这时只能采取措 施把地环路产生的共模骚扰影响抑制到最小。用差分放大器直流到高频，线性好，适于模拟信号。对称平衡时，共模抑制很好。不平衡 时，共模骚扰转换成差模，影响程度与不平衡程度有关。串接共模扼流圈（中和变压器或纵向扼流圈）L2印制电路设计准则在印制线路板设计中，产品设计师往往只注重提高密度，减小占用空间，制作 简单，或追求美观，布局均匀，忽视了线路布局对电磁兼容性的影响，使大量 的信号辐射到空间形成骚扰。在设计印制线路板时，应注意以下几点：从减小辐射骚扰的角度出发，应尽量选用多层板，内层分别作电源层、地线 层，用以降低供电线路阻抗，抑制公共阻抗噪声，对信号线形成均匀的接地 面，加大

21、信号线和接地面间的分布电容，抑制其向空间辐射的能力。电源线、地线、印制板走线对高频信号应保持低阻抗。在频率很高的情况 下，电源线、地线、或印制板走线都会成为接收与发射骚扰的小天线。降低这 种骚扰的方法除了加滤波电容外，更值得重视的是减小电源线、地线及其他印 制板走线本身的高频阻抗。因此，各种印制板走线要短而粗，线条要均匀。电源线、地线及印制导线在印制板上的排列要恰当，尽量做到短而直，以减 小信号线与回线之间所形成的环路面积。电路元件和信号通路的布局必须最大限度地减少无用信号的相互耦合。低电子信号通道不能靠近高电平信号通道和无滤波的电源线，包括能产生瞬态过程的电路。将低电平的模拟电路和数字电路分

22、开，避免模拟电路、数字电路和电源公共 回线产生公共阻抗耦合。高、中、低速逻辑电路在PCB上要用不同区域。安排电路时要使得信号线长度最小。保证相邻板之间不能有过长的平行线。EMI滤波器要尽可能靠近EMI源，并放在同一块线路板上。DC/DC变换器、开关元件和整流器应尽可能靠近变压器放置，以使其导线长 度最小。尽可能靠近整流二极管放置调压元件和滤波电容器。1.3设备内部走线准则有些产品，尤其是不大正规的产品，内部走线十分混乱，各种走线胡乱捆扎在 一起，又没有任何屏蔽、滤波、接地措施。这种内部走线处理方法，不仅传输 高、低电平信号的导线之间相互骚扰，也给后期采用屏流滤波等补救措施带来 不便。正确的布线

23、也是一种电磁兼容性设计措施，它能大大地降低骚扰，不需 增加工序，却可收到较满意的效果。因此在布线时，应做到：机箱中各种裸露走线要尽可能短。传输不同电子信号的导线分组捆扎，数字信号线和模拟信号线也应分组捆扎，并保持适当的距离，以减小导线间的相互影响。对于产品经常用来传递信号的扁平带状线，应采用 地一信号一地一信号一地 排列方式，这样不仅可以有效地抑制骚扰，也可明显提高其抗扰度。将低频进线和回线绞合在一起，形成双绞线，这样两线之间存在的骚扰电流 几乎大小相等，而方向相反，其骚扰场在空间可以相互抵消，因而减小骚扰。 对能确定的、辐射骚扰较大的导线加以屏蔽。功能单元和设备内电路的分隔能把无用信号限制在

24、有限范围内，以便使无用 信号和可能敏感的电路和导线有效地去耦。在可能的地方使用模块式结构(有屏蔽外壳的功能单元)。(|)特别要把电源线滤波器、高电平信号电路、低电平信号电路放在不同的屏蔽 隔舱内。在设备内部采用屏蔽，例如板或隔墙来分隔高电平源和灵敏的接收器。对电源提供有效的电、磁场屏蔽。特别是对开关电源。合理屏蔽高压电源，并同敏感电路隔离。在整个音频敏感电路周围使用磁屏蔽，以减少同电源线的耦合。可以用这样 的方法来有效地减少400Hz/50Hz交流声。输入电路用差分方式，输入信号用双 绞线。举例；如在显示器中，交流电源线的插座一般都在后面板，而电源开关经常在 前面板，这样机内的电源走线就很长，

25、而许多厂家对这种情况没有采取相应的 措施，如采用屏蔽线或双绞线等。这就会导致机内走线接收工作信号，并通过 电源线传导出来。又如，在微机中，电源虽然是屏蔽的，但电源的直流输出线在屏蔽体之外，如 果直流输出线过长，就很容易将主板上的骚扰接收下来，传到交流电源线上。 因而在设计时，应尽量减小直流输出线的长度。另外，还可以在直流输出线上 加上磁珠或铁氧体磁环。1. 4底板和机壳设计准则底板和机壳的结构设计，即结构材料和装配技术，常常能决定是否能同工作环 境实现EMC。底板和机壳是为控制设备或功能单元中无用信号通路提供屏蔽的最有效方法。屏蔽的程度取决于结构材料的选择和装配中所用的设计技术两个方面。经过设

26、 计的屏蔽仅受设计者在设计接缝、开口、穿透和对底板及机壳的搭接等方面的 知识和技巧的限制。1. 4. 1屏蔽屏蔽是对场的处理问题。离场源的距离不同的区域，场的性质不同。一个临界 距离是d。dO二入/2兀丝入/6场域划分粗略划分：dX/2n的区域为远场区严格划分：dVdO/3即dV入/20的区域为近场区（但实际可扩展到dVX/1.2 Ji ）d3 dO=入/2的区域为远场区X/20d40dBm 高功率 DC、AC 和 RF （EMI）源B 1040dBm 低功率 DC、AC 和 RF （EMI）源C -2（n0dBm脉冲和数字电路源 视频输出电路（音频、视频源）D -50-20dBm音频和传感器敏感电路 视频输入电路（音频敏感电路）E -80-50dBm RF、IF输入电路、安全电路（RF敏感电路）F -80dBm天线和RF电路（RF敏感电路）这种分类的好处是：EMI源和接收器分别以功率分类在同一线束或线扎中，邻近导线功率电平相差不会超过30dBo1.6. 3敷设电缆用的导线标记在导线每端距接头、或被接设备不大于15厘米处制作标记，每根线上的标记 间隔为40厘米。实际捆扎时，可把标记相同的导线捆扎在同一线束内。未征得EMI控制负责 人批准，不可把不同标记的导线捆扎在同一线束内。1. 5. 4屏蔽端接屏蔽导线屏蔽导线用于防止产生不必要的辐射或保护导线免受杂散场的影响。