第一篇：通信設(shè)備的電磁兼容性設(shè)計

通信設(shè)備的電磁兼容性設(shè)計

李宏堅

(陜西烽火電子股份有限公司)摘要：本文從印制板設(shè)計、內(nèi)部走線設(shè)計和機殼結(jié)構(gòu)設(shè)計三方面，介紹了通信設(shè)備的一些電磁兼容性設(shè)計方法。

關(guān)鍵字：電磁兼容、印制板設(shè)計、內(nèi)部走線設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計

隨著電磁環(huán)境越來越復(fù)雜，通信設(shè)備的電磁兼容性要求也越來越高，在設(shè)計階段就應(yīng)該考慮其電磁兼容性，這樣可以將產(chǎn)品在生產(chǎn)階段出現(xiàn)電磁兼容問題的可能性減少到一個較低的程度。

一、通信設(shè)備印制板電磁兼容性設(shè)計

造成通信設(shè)備輻射超標的原因是多方面的，接口濾波不好，結(jié)構(gòu)屏效低，電纜設(shè)計有缺陷都有可能導(dǎo)致輻射發(fā)射超標，但產(chǎn)生輻射的根本原因卻在PCB的設(shè)計，主要關(guān)注這幾個方面：

1.從減小輻射干擾的角度出發(fā)，應(yīng)盡量選用多層板，內(nèi)層分別作電源層、地線層，用以降低供電線路阻抗，抑制公共阻抗噪聲，對信號線形成均勻的接地面，加大信號線和接地面間的分布電容，抑制其向空間輻射的能力。

2.電源線、地線、印制板走線對高頻信號應(yīng)保持低阻抗。在頻率很高的情況下，電源線、地線、或印制板走線都會成為接收與發(fā)射干擾的小天線，降低這種干擾的方法除了加濾波電容外，更值得重視的是減小電源線、地線及其他印制板走線本身的高頻阻抗，因此，各種印制板走線要短而粗，線條要均勻。

3.電源線、地線及印制導(dǎo)線在印制板上的排列要恰當，盡量做到短而直，以減小信號線與回線之間所形成的環(huán)路面積。

4.電路元件和信號通路的布局必須最大限度地減少無用信號的相互耦合。在PCB的不同的設(shè)計階段所關(guān)注的問題點不同，在元器件布局階段需要注意：

1.接口信號的濾波、防護和隔離等器件是否靠近接口連接器放置，先防護，后濾波；電源模塊、濾波器、電源防護器件是否靠近電源的入口放置，盡可能保證電源的輸入線最短，電源的輸入輸出分開，走線互不交叉；

2.晶體、晶振、繼電器、開關(guān)電源等強輻射器件或敏感器件是否遠離單板拉手條、連接器；

3.濾波電容是否靠近IC的電源管腳放置，位置、數(shù)量適當； 4.時鐘電路是否靠近負載，且負載均衡放置； 5.接口濾波器件的輸入、輸出是否未跨分割區(qū)；除光耦、磁珠、隔離變壓器、A/D、D/A等器件外，其它器件是否未跨分割區(qū)；

在PCB布線階段需要注意：

1.電源、地的布線處理無地環(huán)路，電源及與對應(yīng)地構(gòu)成的回路面積小； 2.差分信號線對是否同層、等長、并行走線，保持阻抗一致，差分線間無其他走線；

3.時鐘等關(guān)鍵信號線是否布內(nèi)層（優(yōu)先考慮優(yōu)選布線層），并加屏蔽地線或與其他布線間距滿足3W原則，關(guān)鍵信號走線是否未跨分割區(qū)；

4.是否無其他信號線從電源濾波器輸入線下走線，濾波器等器件的輸入、輸出信號線是否未互相并行、交叉走線；

二、通信設(shè)備內(nèi)部走線電磁兼容性設(shè)計 通信設(shè)備內(nèi)部走線混亂，不僅會造成高、低電平信號之間相互干擾，也會給后期采用屏蔽、濾波、接地等補救措施帶來不便，會使設(shè)計的屏蔽、濾波電路、接地措施起不到應(yīng)有的作用，在規(guī)劃內(nèi)部走線時，需要遵循以下基本原則：

1.機箱內(nèi)各種裸露走線要盡量短。2.傳輸不同電平信號的導(dǎo)線分組捆扎，數(shù)字電路和模擬電路信號線應(yīng)分組捆扎，并保持適當距離，減少導(dǎo)線相互影響。

3.對產(chǎn)品中用來傳遞信號的扁平電纜，應(yīng)采用地-信號-地-信號-地排列的方式，這樣可以有效抑制干擾，增強其抗干擾能力。

4.將低頻進線和回線絞合在一起，形成雙絞線，減少電磁干擾，如電源線。5.對確定的輻射干擾較大或敏感的導(dǎo)線要加屏蔽措施。

6.屏蔽電纜進出屏蔽體必須保證屏蔽層與屏蔽體之間可靠搭接，一般要求360°環(huán)接，并提供足夠低的搭接阻抗。

7.非屏蔽電纜原則上禁止直接從屏蔽體中出線。特殊情況下允許直接出線，但是要求屏蔽體內(nèi)側(cè)（或者外側(cè)）電纜的長度不得越過80mm，注意這個尺寸包括PCB上面的走線，如果有濾波電路，指濾波電路與屏蔽體之間的電纜長度。

8.屏蔽電纜還有一種特殊應(yīng)用場合，有時系統(tǒng)規(guī)定其屏蔽層不得與屏蔽體（實際上就是PGND）連接，典型的例子是同軸電纜。這時的屏蔽電纜可以按照非屏蔽電纜處理（在屏蔽體一側(cè)的長度不得超過80mm），或者采用雙層屏蔽電纜。

三、通信設(shè)備機殼結(jié)構(gòu)的電磁兼容性設(shè)計

通信設(shè)備的金屬機殼是良好的屏蔽體，但實際上，由于屏蔽體上面不可避免地存在各種縫隙、開孔以及進出電纜等各種缺陷，這些缺陷將對屏蔽體的屏蔽效能有急劇的劣化作用，真正決定實際屏蔽體的屏蔽效能的因素是各種電氣不連續(xù)缺陷，包括縫隙、開孔、電纜穿透等。

1.機殼接縫

主要為通信設(shè)備的殼體與安裝蓋板之間的接縫，該類縫雖然面積不大，但其最大線度尺寸即縫長卻非常大，由于維修、開啟等限制，致使該類縫成為電子設(shè)備中屏蔽難度最大的一類孔縫，采用導(dǎo)電襯墊等特殊屏蔽材料可以有效地抑制電磁泄漏。該類孔縫屏蔽設(shè)計的關(guān)鍵在于：合理地選擇導(dǎo)電襯墊材料并進行適當?shù)淖冃慰刂啤?/p>

2.通風孔

該類孔面積和最大線度尺寸較大，通風孔設(shè)計的關(guān)鍵在于通風部件的選擇與裝配結(jié)構(gòu)的設(shè)計。在滿足通風性能的條件下，應(yīng)盡可能選用屏效較高的屏蔽通風部件，如在風扇的風道口增加與機殼連接，具有一定深度蜂窩狀銅網(wǎng)等。

3.觀察孔與顯示孔

該類型孔面積和最大線度尺寸較大，其設(shè)計的關(guān)鍵在于屏蔽透光材料的選擇與裝配結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

4.連接器與機箱的接縫

這類縫的面積與最大線度尺寸均不大，但由于在高頻時導(dǎo)致連接器與機箱的接觸阻抗急劇增大，從而使得屏蔽電纜的共模傳導(dǎo)發(fā)射變大，往往導(dǎo)致整個設(shè)備的輻射發(fā)射出現(xiàn)超標，為此應(yīng)采用導(dǎo)電橡膠等連接器導(dǎo)電襯墊。

電磁兼容是一個整機性能指標，它與PCB設(shè)計、設(shè)備內(nèi)部走線設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計的好壞有著密切的關(guān)系。在設(shè)計一個新產(chǎn)品時,一開始就必須考慮到電磁兼容問題，如果忽視了這一問題,到新產(chǎn)品定型時，干擾問題會暴露出來，因此及早地解決電磁干擾問題不僅是行之有效的,而且會大大降低產(chǎn)品成本。

參考文獻：

1、電磁兼容的印制板電路設(shè)計，（美）Mark I，Montrose著，呂英華 于學平張金玲譯，機械工業(yè)出版社，2008；

2、產(chǎn)品設(shè)計中的EMC技術(shù)，（英）威廉姆斯著，李迪 王培清譯，電子工業(yè)出版社，2004；

3、電磁兼容設(shè)計與整改對策及案例分析，朱文立著，電子工業(yè)出版社，2012。

第二篇：通信開關(guān)電源的電磁兼容性

通信開關(guān)電源的電磁兼容性: 摘要:簡要介紹了通信開關(guān)電源的電磁兼容性要求、國內(nèi)外標準、電磁兼容性的成因、研究解決方法及國內(nèi)通信開關(guān)電源的電磁兼容性現(xiàn)狀.引言

通信開關(guān)電源因具有體積小、重量輕、效率高、工作可靠、具有遠程監(jiān)控等原因,廣泛的應(yīng)用于程控交換、光數(shù)據(jù)傳輸、無線基站、有線電視系統(tǒng)及IP網(wǎng)絡(luò)中,是信息技術(shù)設(shè)備正常工作的核心動力.隨著信息技術(shù)的發(fā)展,信息技術(shù)設(shè)備遍布祖國大江南北,從發(fā)達的中心城市至貧窮落后的偏遠山區(qū),為人與人間的溝通交流及數(shù)據(jù)傳輸提供了極大的便利.通信設(shè)備的電網(wǎng)供電質(zhì)量由于城鄉(xiāng)間的差異,即有穩(wěn)定的大電網(wǎng)如核電、火電、水電等并網(wǎng)的供電方式,同時也有獨立的小水電單獨供電方式.特別是在小水電站供電方式下,因水量的變化復(fù)雜、用戶用電量的變化較大及設(shè)備工作的不穩(wěn)定,造成電網(wǎng)波形失真嚴重及其電網(wǎng)電壓和大幅波動,同時因配電系統(tǒng)的接線不規(guī)范,對通信開關(guān)電源也造成了嚴峻的考驗.鐵路通信及電力通信正在發(fā)展壯大.由于電力機車經(jīng)過之處,產(chǎn)生很強的感應(yīng)電壓,使地線電壓產(chǎn)生很大的波過,從而引起電網(wǎng)電壓的很大的波動,強大的電場容易引起開關(guān)電源設(shè)備工作的瞬時不穩(wěn)定.在高壓電網(wǎng)運行的通信開關(guān)電源,雖然電網(wǎng)電壓穩(wěn)定,但容易受電網(wǎng)負載變化等引起的強電磁場的搔擾影響.用于基站的通信用開關(guān)電源,由于多安裝在較高的建筑物上或是山頂,更容易受到雷電的襲擊.因此,通信開關(guān)電源要有很強的抗電磁搔擾的能力,特別是對雷擊、浪涌、電網(wǎng)電壓、靜電、電場、磁場及電磁波等要有足夠的抗擾動能力,保證自身能夠正常工作以及通信設(shè)備供電的不間斷而且穩(wěn)定.另一方面,因通信開關(guān)電源內(nèi)部的功率開關(guān)管、整流或續(xù)流二極管及主功率變壓器,在高壓、大電流及高頻開關(guān)的方式下工作,其電壓電流波形多為方波.在高壓大電流的方波切換過程中,方波電壓電流將產(chǎn)生豐富的諧波電壓及諧波電流,這些諧波電壓及諧波電流可通過電源輸入線或開關(guān)電源的輸出線傳出,對與通信電源在同一電網(wǎng)上供電的其它設(shè)備及電網(wǎng)產(chǎn)生搔擾,同時對由通信電源供電的設(shè)備如程控交換設(shè)備、無線基站、光傳輸設(shè)備及有線電視設(shè)備等產(chǎn)生搔擾,使設(shè)備不能正常工作.由于電壓差可以產(chǎn)生電場、電流的流動可以產(chǎn)生磁場,豐富的諧波電壓電流的高頻部分,在開關(guān)電源內(nèi)部產(chǎn)生電磁場,造成開關(guān)電源內(nèi)部工作的不穩(wěn)定,使電源的性能降低.有部分電磁場通過開關(guān)電源機殼的縫隙,向周圍空間輻射,與通過電源線、直流輸出線產(chǎn)生的輻射電磁場,一起通過空間傳播的方式,對其它高頻設(shè)備及對電磁場比較敏感的設(shè)備造成搔擾,引起其它設(shè)備工作異常.因此,要限制通信開關(guān)電源對由負載線、電源線產(chǎn)生的傳導(dǎo)搔擾量對空間產(chǎn)生的輻射電磁場搔擾量,使之能與處于同一環(huán)境中的其它電信設(shè)備均能夠正常工作,互不產(chǎn)生搔擾.電磁兼容性的國內(nèi)國外標準

電磁兼容性是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中的任何事物構(gòu)成不能隨的電磁搔擾的能力

要徹底消除設(shè)備的電磁搔擾及對外部一切電磁搔擾信號不敏感是不可能的.只能通過制訂系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備與設(shè)備之間的相互允許產(chǎn)生的電磁搔擾大小及抵抗電磁搔擾的能力,才能使電氣設(shè)備及系統(tǒng)間達到電磁兼容性的要求.國內(nèi)外大量的電磁兼容性標準,為系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備相互達到電磁兼容性要求制訂了約束條件.國際無線電干擾特別委員會(CISPR)是國際電工委員會(IEC)下屬的一個電磁兼容標準化組織,早在1934年就開展EMC標準的研究,下設(shè)六個分會.其中第六分會(SCC)主要負責制訂關(guān)于干擾測量接收機及測量方法的研究.CISPR16《無線電干擾和抗擾度測量設(shè)備規(guī)范》對電磁兼容性測量接收機、輔助設(shè)備的性能以及校準方法作出了詳細的要求.CISPR17《無線電干擾濾波器及抑制元件的抑制特性測量》制訂了濾波器的測量方法.CISPR22《信息技術(shù)設(shè)備的無線電搔擾限值和測量方法》規(guī)定了信息技術(shù)設(shè)備在0.15-1000MHz頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生的電磁搔擾限值.CISPR24《信息技術(shù)設(shè)備抗擾度限值和測量方法》規(guī)定了信息技術(shù)設(shè)備對外部搔擾信號的時域及頻域的抗搔擾性能要求.其中CISPR16、CISPR22及CISPR24構(gòu)成了信息技術(shù)設(shè)備包括通信開關(guān)電源設(shè)備的電磁兼容性測試內(nèi)容及測試方法要求.是目前通信開關(guān)電源電磁兼容性設(shè)計的最基本要求.IEC最近也出版了大量的基礎(chǔ)性電磁兼容標準.其中最有代表性的是IEC61000系列標準,規(guī)定了電子電氣設(shè)備的雷擊浪涌(SURGE)、靜電放電(ESD)、電快速瞬變脈沖群(EFT)、電流諧波、電壓跌落、電壓瞬變及短時中斷、電壓起伏和閃爍、輻射電磁場、由射頻電磁場引起的傳導(dǎo)搔擾抗擾度、傳導(dǎo)搔擾及輻射搔擾等的電磁兼容性要求.另外,美國聯(lián)邦委員會制訂的FCC15、德國電氣工程師協(xié)會制訂的VDC0871-1A1、VDE0971-2A2、VDE0878,都對通信設(shè)備的電磁兼容性提出了要求.我國對電磁兼容性標準的研究比較晚.采取的最主要的辦法是引進、消化、吸收.洋為中用是國內(nèi)電磁兼容性標準的制訂的最主要的方法.1998年,信息產(chǎn)業(yè)部根據(jù)CISPR22、IEC61000系列標準及ITU-T 0.41標準,制訂了UD/T983-1998《通信電源設(shè)備電磁兼容性限值及測量方法》,詳盡的規(guī)定了通信電源設(shè)備包括通信開關(guān)電源的電磁兼容性的具體測試項目、要求及測試方法,為通信電源電磁兼容性的檢驗、達標并通過入網(wǎng)檢測明確了設(shè)計目標.國標也等同采用了相應(yīng)的檢測明確了國際標準.如GB/T 17626.1-12系列標準等同采用了IEC61000系列標準;GB9254-1998《信息技術(shù)設(shè)備的無線電搔擾限值及測量方法》等同采用CISPR22;GB/T17618-1998《信息技術(shù)設(shè)備抗擾度限值和測量方法》等同采用CISPR24.開關(guān)電源引起電磁兼容性的原因

通信開關(guān)電源因工作在高電壓大電流的開關(guān)工作狀態(tài)下,其引起電磁兼容性問題的原因是相當復(fù)雜的.從整機的電磁兼容性講,主要有共阻抗耦合、線間耦合、電場耦合、磁場耦合電磁波耦合幾種.電磁兼容產(chǎn)生的三個要素為:搔擾源、傳播途徑及受搔擾體.共阻耦合主要是搔擾源與受搔擾體在電氣上存在的共同的阻抗,通過該阻抗使搔擾信號進入受搔擾對象.線間耦合主要是產(chǎn)生搔擾電壓及搔擾電流的導(dǎo)線或PCB線,因并行布線而產(chǎn)生的相互耦合.電場耦合主要是由于電位差的存在,產(chǎn)生的感應(yīng)電場對受搔擾體產(chǎn)生的耦合.磁場耦合主要是大電流的脈沖電源線附近,產(chǎn)生的低頻磁場對搔擾對象產(chǎn)生的耦合.而電磁場耦合,主要是由于脈動的電壓或電流產(chǎn)生的高頻電磁波,通過空間向外輻射,對相應(yīng)的受搔擾體產(chǎn)生的耦合.實際上,每一種耦合方式是不能嚴格區(qū)分的,只是側(cè)重點不同而已.在開關(guān)電源中,主功率開關(guān)管在很高的電壓下,以高頻開關(guān)方式工作,開關(guān)電壓及開關(guān)電流的接近方波,從頻譜分析知,方波信號含有豐富的高次諧波,該高次諧波的頻譜可達方波頻率的1000次以上.同時,由于電源變壓器的漏電感及分布電容,以及主功率開關(guān)器件的工作狀態(tài)非理想,在高頻開或關(guān)時,常常產(chǎn)生高頻高壓的尖峰諧波振蕩,該諧波振蕩產(chǎn)生的高次諧波,通過開關(guān)管與散熱器間的分布電容傳入內(nèi)部電路或通過散熱器及變壓器向空間輻射.用于整流及續(xù)流二級管,也是產(chǎn)生高頻搔擾的一個重要原因.因整流及續(xù)流二極管工作在高頻開關(guān)狀態(tài),由于二極管的引線寄生電感、結(jié)電容的存在以及反向恢復(fù)電流的影響,使之工作在很高的電壓及電流變化率下,且產(chǎn)生高頻振蕩.因整流及續(xù)流二極管一般離電源輸出線較近,其產(chǎn)生的高頻搔擾最容易通過直流輸出線傳出.通信開關(guān)電源為了提高功率因數(shù),均采用了有源功率因數(shù)效正電路.同時,為了提高電路的效率及可靠性,減小功率器件的電應(yīng)力,大量的采用了軟開關(guān)技術(shù).其中零電壓、零電流或零電流開關(guān)技術(shù)應(yīng)用最為廣泛.該技術(shù)極大的降低了開關(guān)器件所產(chǎn)生的電磁搔擾.但是,軟開關(guān)無損吸收電路,多數(shù)利用L、C進行能量轉(zhuǎn)移,利用二極管的單向?qū)щ娦阅軐崿F(xiàn)能量的單向轉(zhuǎn)換,因而,該諧振電路中的二極管成為電磁搔擾的一大搔擾源.通信開關(guān)電源中,一般利用儲能電感及電容器,組成L、C濾波電路,實現(xiàn)對差模及共模搔擾信號的濾波,以及交流方波信號轉(zhuǎn)換為平滑的直流信號.由于電感線圈的分布電容,導(dǎo)致了電感線圈的自諧振頻率降低,從而使大量的高頻搔擾信號穿過電感線圈,沿交流電源線或直流輸出線向外傳播.濾波電容器,隨著搔擾信號頻率的上升,由于引線電感的作用,導(dǎo)致電容量及濾波效果不斷的下降,直至諧振頻率以上時,完全失去電容器的作用而變?yōu)楦行?不正確的使用濾波電容及引線過長,也是產(chǎn)生電磁搔擾的一個原因.通信開關(guān)電源由于功率密度高、智能化程度高,帶MCU微處理器,因而,從高至近千伏的電壓信號,到低至幾伏的電壓信號;從高頻的數(shù)字信號,至低頻的模擬信號,電源內(nèi)部的場分布相當復(fù)雜.PCB布線不合理、結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、電源線輸入濾波不合理、輸入輸出電源線布線不合理及CPU、檢測電路的設(shè)計不合理,均會導(dǎo)致系統(tǒng)工作的不穩(wěn)定或如靜電放電、電快速瞬變脈沖群、雷擊、浪涌及傳導(dǎo)搔擾、輻射搔擾及輻射電磁場抗擾性能力的降低.電磁兼容性研究及解決方法

電磁兼容性的研究,一般運用CISPR16及IEC61000中規(guī)定的電磁場檢測儀器及各種搔擾信號模擬器、輔助設(shè)備,在標準測試場地或?qū)嶒炇覂?nèi)部,通過詳盡的測試分析、結(jié)合對電路性能的理解與改進來進行分析研究.從電磁兼容性的三要素講,要解決開關(guān)電源的電磁兼容性,可從三個方面入手.第一:減小搔擾源產(chǎn)生的搔擾信號.第二:切斷搔擾信號的傳播途徑.第三,增強受搔擾體的抗搔擾能力.在解決開關(guān)電源內(nèi)部的兼容性時,可以綜合運用上述三個方法,以成本效益比及實施的難易性為前提.因而,開關(guān)電源產(chǎn)生的對外搔擾,如電源線諧波電流、電源線傳導(dǎo)搔擾、電磁場輻射搔擾等,只能用減小搔擾源的方法來解決.一方面,可以增強輸入輸出濾波電路的設(shè)計,改善APFC電路的性能,減小開關(guān)管及整流續(xù)流二極管的電壓電流變化率,采用各種軟開關(guān)電路拓撲及控制方式等.另一方面,加強機殼的屏蔽效果,改善機殼的縫隙泄漏,并進行良好的接地處理.而對外部的抗搔擾能力,如浪涌、雷擊應(yīng)優(yōu)化交流輸入及直流輸出端口的防雷能力,通常,對1.2/50us開路電壓及8/20US短路電流的組合雷擊波形,因能量較小,采用氧化鋅壓敏電阻與氣體放電管等的組合方法來解決.對于靜電放電,通常在通信端口及控制端口的小信號電路中,采用TVS管及相應(yīng)的接地保護、加大小信號電路與機殼等的電距離來解決或選用具有抗靜電搔擾的器件.快速瞬變信號含有很寬的頻譜,很容易以共模的方式傳入控制電路內(nèi),采用防靜電相同的方法并減小共模電感的分布電容、加強輸入電路的共模信號濾波(加共模電容或插入損耗型的鐵氧體磁環(huán)等)來提高系統(tǒng)的抗擾性能.減小開關(guān)電源的內(nèi)部搔擾,實現(xiàn)其自身的電磁兼容性,提高開關(guān)電源的穩(wěn)定性及可靠性,應(yīng)從以下幾方面入手:注意數(shù)字電路與模塊電路PCB布線的正確分區(qū)、數(shù)字電路與模擬電路單點的接地、大電流電路與小電流特別是電流電壓取樣電路的單點接地以減小共阻搔擾、減小地環(huán)的影響、布線時注意相鄰線間的間距及信號性質(zhì),避免產(chǎn)生串擾、減小高壓大電流回路特別是變壓器原邊與開關(guān)管、電源濾波電容回路所包圍的面積,減小輸出整流回路及續(xù)流二極管回路與直流濾波器所包圍的面積,減小變壓器的漏電、濾波電感的分布電容、運用諧振頻率高的濾波電容器等.MCU與液晶顯示器的數(shù)據(jù)線、地址線工作頻率較高,是產(chǎn)生輻射發(fā)射的主要搔擾源:小信號電路是抗外界搔擾的最薄弱環(huán)節(jié),適當?shù)脑鲈O(shè)提高抗搔擾能力的TVS及高頻電容、鐵氧體磁珠等元器件,以提高小信號電路的抗搔擾能力;與機殼距離較近的小信號電路,應(yīng)加適當?shù)慕^緣體耐壓處理等.功率器件的散熱器、主變壓器的電磁屏蔽層要適當?shù)慕拥?綜合考濾各種接地措施,有助于提高整機的電磁兼容性.各控制單元間的大面積接地用接地板屏蔽,可以改善開關(guān)電源內(nèi)部工作的穩(wěn)定性.整流器的機架上,要考慮各整流器間的電磁耦合、整機地線布置、交流輸入中線、地線及直流地線、防雷地線間的正確關(guān)系、電磁兼容級的正確分配等.開關(guān)電源對內(nèi)、外的搔擾及抗搔擾中,共模信號與開關(guān)器件的工作方式、散熱器的安裝及整機PCB板與機殼的連接有相當復(fù)雜的關(guān)系,共模信號在一定的條件下又可轉(zhuǎn)變成差模信號.解決共模搔擾最簡單的方法是解決好各電路單元與整機端口、機殼間的問題.整機屏蔽難以實施且成本較高,在無可賴何的情況下才采用該措施.國內(nèi)通信開關(guān)電源的電磁兼容性改進現(xiàn)狀

自YD/T983標準開始起草以來,國內(nèi)通信電源制造商紛紛開始電磁兼容性的研究.由于電磁兼容性測試儀器、試驗場地建設(shè)費用很高,且需要有經(jīng)驗的研發(fā)人員,很多制造商不能有自己的試驗室,對電磁兼容性的研究造成了一定的困難.YD/T983標準中,抗擾度指標選用了國外標準中較低等級.除雷擊浪涌、ESD及EFT指標外,其它抗擾度指標均比較容易達到要求.電磁搔擾指標如傳導(dǎo)搔擾及輻射搔擾指標,由于很難滿足標準的要求,是目前電磁兼容性研究的熱點內(nèi)容.國內(nèi)只有極少數(shù)的廠家可以完全達到相關(guān)的標準的要求.中興通信建立了自己的電磁兼容性試驗室,在通信開關(guān)電源研發(fā)的初期,就致力于電磁兼容性的研究工作.其通信開關(guān)電源的前級運用最先進的有源功率因數(shù)校正技術(shù)加無損吸收電路,后級DC-DC采用零電壓零電流(ZVZCS)相移諧振軟開關(guān)技術(shù)或雙管正激無損吸收軟開關(guān)技術(shù),通過專業(yè)的電源輸入輸出濾波器設(shè)計及防雷設(shè)計,以及對整機的安全性、數(shù)字接口電路的抗靜電設(shè)計及抗快速瞬變脈沖群設(shè)計,對整機結(jié)構(gòu)洽到好處的電磁靜電設(shè)計及抗快速瞬變脈沖群設(shè)計,對整機結(jié)構(gòu)洽到好處的電磁屏蔽設(shè)計,不僅使整機內(nèi)部的電磁環(huán)境良好,工作穩(wěn)定,可靠性提高,也使通信開關(guān)電源對外的電流諧波、電起伏和閃爍、傳導(dǎo)搔擾及輻射搔擾達到或超過CISJPR22標準規(guī)定的A級要求.使輸入交流電源線能夠承受至少±6KV(1.2/50us與8/20us的綜合波)浪涌電壓搔擾、直流電源線能夠承受至少±2KV的浪涌電壓;整機外部能夠承受至少±8KV的靜電放電及3V/M的高頻電磁場搔擾,300A/M的工頻磁場搔擾.寬廣的交流輸入電壓范圍,使整機的電壓跌落、電壓瞬變及電壓短時中斷等搔擾過后,開關(guān)電源能夠正常工作.專業(yè)的采集全國各地的電網(wǎng)搔擾電壓,均在中興開關(guān)電源上經(jīng)過驗證分析.中興通信系列開關(guān)電源的電磁兼容性指標,已完全滿足并超過了YD/T983-1998《通信開關(guān)電源設(shè)備電磁兼容性要求及測量方法》中所規(guī)定的所有項目的指標,部分產(chǎn)品已通過CE認證及FCC認證中的全部電磁兼容性指標,是真正的環(huán)保型通信開關(guān)電源.特別適合于移動基站、程控交換設(shè)備、IP電話、有線電視等數(shù)據(jù)通信傳輸設(shè)備以及鐵路、水電、火電站等強的電磁場搔擾的場合使用.

第三篇：IGBT模塊電磁兼容性設(shè)計

IGBT模塊電磁兼容性設(shè)計

（1）IGBT模塊的優(yōu)化布局

變流器主電路在空間產(chǎn)生的磁場強度隨輸入、輸出母線中通過電流的強弱而變化，同時IGBT模塊產(chǎn)生的空間交變電磁場的強度隨其兩端電壓和電流突變的劇烈程度而變化。這些干擾信號很容易耦合到IGBT模塊的驅(qū)動線上。通過合理的布局，可以使在功率驅(qū)動端附近和驅(qū)動線一帶的空間交變電磁場強度最小，即干擾信號最小。設(shè)計中應(yīng)采取以下措施。1）從濾波電容到IGBT模塊的直流連接采用雙層鍍錫銅板疊加技術(shù)。2）輸入、輸出母線與外部直流輸入端和外部交流輸出端采用銅條連接。

這種結(jié)構(gòu)不僅可以減小寄生電感，而且對于IGBT模塊產(chǎn)生的空間交變電磁場起到了很好的屏蔽作用。

（2）IGBT模塊的接地設(shè)計

當IGBT模塊的柵極驅(qū)動或控制信號與主電流共用一個接地回路時，在開關(guān)過渡過程中，由于主電流具有很高的di/dt，功率電路漏電感上有感應(yīng)電壓存在。一旦發(fā)生這種情況，電路中應(yīng)該為“地”電位的各點實際上會處于高于“地電位”幾伏的電位上。這個電壓會出現(xiàn)在IGBT模塊的柵極，從而使IGBT模塊有可能誤導(dǎo)通。為了避免這個問題的出現(xiàn)，需要慎重考慮柵極驅(qū)動與控制電路的設(shè)計。在設(shè)計中應(yīng)采取以下措施。

1）下橋臂每個柵極IGBT驅(qū)動電路都采用了分離絕緣措施，且各自的電源零線按在IGBT模塊的輔助端子上，不與主電流共用電流支路，以消除接地回路噪聲問題。2）在功率器件關(guān)斷期間，使用負的反向偏置電壓，以避免噪聲干擾。

經(jīng)過電磁兼容性設(shè)計的變流器，在實際運行中可以獲得良好的技術(shù)性能指標，對此可以得到以下結(jié)論。

1）變流器所處的電磁環(huán)境十分復(fù)雜，帶來很多電磁干擾，良好的電磁兼容性設(shè)計是變流器安全可靠運行的關(guān)鍵。

2）吸收電路設(shè)計是變流器電磁兼容設(shè)計的難點，由于在功率母線的設(shè)計中采用了獨特的雙層鍍錫銅板疊加技術(shù)，母線電感足夠小，吸收電路只需簡單的無感電容即可。3）在設(shè)備或系統(tǒng)設(shè)計的初始階段應(yīng)同時進行電磁兼容設(shè)計，把電磁兼容的大部分問題解決在設(shè)計定型之前，這樣可得到最高的性能價格比。

第四篇：開關(guān)電源的電磁兼容性技術(shù)

開關(guān)電源的電磁兼容性技術(shù) 引言

電磁兼容是一門新興的跨學科的綜合性應(yīng)用學科。作為邊緣技術(shù)，它以電氣和無線電技術(shù)的基本理論為基礎(chǔ)，并涉及許多新的技術(shù)領(lǐng)域，如微波技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及新材料等。電磁兼容技術(shù)應(yīng)用的范圍很廣，幾乎所有現(xiàn)代化工業(yè)領(lǐng)域，如電力、通信、交通、航天、軍工、計算機和醫(yī)療等都必須解決電磁兼容問題。其研究的熱點內(nèi)容主要有：電磁干擾源的特性及其傳輸特性、電磁干擾的危害效應(yīng)、電磁干擾的抑制技術(shù)、電磁頻譜的利用和管理、電磁兼容性標準與規(guī)范、電磁兼容性的測量與試驗技術(shù)、電磁泄漏與靜電放電等。

電磁兼容的英文名稱為Electromagnetic Compatibility，簡稱EMC。所謂電磁兼容是指設(shè)備（分系統(tǒng)、系統(tǒng)）在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)。這里包含兩層意思，即它工作中產(chǎn)生的電磁輻射要限制在一定水平內(nèi)，另外它本身要有一定的抗干擾能力。這便是設(shè)備研制中所必須解決的兼容問題。電磁兼容技術(shù)涉及的頻率范圍寬達0 GHz ~400GHz，研究對象除傳統(tǒng)設(shè)備外，還涉及芯片級，直到各種艦船、航天飛機、洲際導(dǎo)彈甚至整個地球的電磁環(huán)境。

電磁兼容三要素是干擾源（騷擾源）、耦合通路和敏感體。切斷以上任何一項都可解決電磁兼容問題，電磁兼容的解決常用的方法主要有屏蔽、接地和濾波。2 電磁兼容技術(shù)名詞（1）電磁兼容性

電磁兼容性是指設(shè)備或者系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作，且不對該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。（2）電磁騷擾

電磁騷擾是指任何可能引起設(shè)備、裝備或系統(tǒng)性能降低或者對有生命或者無生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象。電磁騷擾可引起設(shè)備、傳輸通道或系統(tǒng)性能的下降。它的主要要素有自然和人為的騷擾源、通過公共地線阻抗/內(nèi)阻的耦合、沿電源線傳導(dǎo)的電磁騷擾和輻射干擾等。電子系統(tǒng)受干擾的路徑為：經(jīng)過電源，通過信號線或控制電纜、場滲透，經(jīng)過天線直接進入；通過電纜耦合，從其他設(shè)備來的傳導(dǎo)干擾；電子系統(tǒng)內(nèi)部場耦合；其他設(shè)備的輻射干擾；電子設(shè)備外部耦合到內(nèi)部場；寬帶發(fā)射機天線系統(tǒng)；外部環(huán)境場等（3）電磁環(huán)境

電磁環(huán)境是一種明顯不傳送信息的時變電磁現(xiàn)象，它可能與有用信號疊加或組合。（4）電磁輻射

電磁輻射是指電磁波由源發(fā)射到空間的現(xiàn)象。“電磁輻射”一詞的含義有時也可引申，將電磁感應(yīng)現(xiàn)象也包含在內(nèi)。RFI/EMI可以通過任何一種設(shè)備機殼的開口、通風孔、出入口、電纜、測量孔、門框、艙蓋、抽屜和面板以及機殼的非理想連接面等進行輻射。RFI/EMI也可由進入敏感設(shè)備的導(dǎo)線和電纜進行輻射，任何一個良好的電磁能量輻射器也可以作為良好的接收器。（5）脈沖

脈沖是指在短時間內(nèi)突變，隨后又迅速返回至其初始值的物理量。（6）共模干擾和差模干擾

電源線上的干擾有共模干擾和差模干擾兩種方式。共模干擾存在于電源任何一相對大地或電線對大地之間。共模干擾有時也稱縱模干擾、不對稱干擾或接地干擾。這是載流導(dǎo)體與大地之間的干擾。差模干擾存在于電源相線與中線及相線與相線之間。差模干擾也稱常模干擾、橫模干擾或?qū)ΨQ干擾。這是載流導(dǎo)體之間的干擾。共模干擾提示了干擾是由輻射或串擾耦合到電路中的，而差模干擾則提示了干擾是源于同一條電源電路。通常這兩種干擾是同時存在的，由于線路阻抗的不平衡，兩種干擾在傳輸中還會相互轉(zhuǎn)化，所以情況十分復(fù)雜。干擾經(jīng)長距離傳輸后，差模分量的衰減要比共模大，這是因為線間阻抗與線-地阻抗不同的緣故。出于同一原因，共模干擾在線路傳輸中還會向鄰近空間輻射，而差模則不會，因此共模干擾比差模更容易造成電磁干擾。不同的干擾方式要采取不同的干擾抑制方法才有效。判斷干擾方法的簡便方法是采用電流探頭。電流探頭先單獨環(huán)繞每根導(dǎo)線，得出單根導(dǎo)線的感應(yīng)值，然后再環(huán)繞兩根導(dǎo)線（其中一根是地線），探測其感應(yīng)情況。如感應(yīng)值是增加的，則線路中干擾電流是共模的；反之則是差模的。（7）抗擾度電平和敏感性電平

抗擾度電平是指將某給定的電磁騷擾施加于某一裝置、設(shè)備或者系統(tǒng)并使其仍然能夠正常工作且保持所需性能等級時的最大騷擾電平。也就是說，超過此電平時該裝置、設(shè)備或者系統(tǒng)就會出現(xiàn)性能降低。而敏感性電平是指剛剛開始出現(xiàn)性能降低的電平。所以，對某一裝置、設(shè)備或者系統(tǒng)而言，抗擾度電平與敏感性電平是同一數(shù)值。（8）抗擾度裕量

抗擾度裕量是指裝備、設(shè)備或者系統(tǒng)的抗擾度電平限值與電磁兼容電平之間的插值。3 開關(guān)電源的電磁兼容性

開關(guān)電源因工作在高電壓大電流的開關(guān)工作狀態(tài)下，引起電磁兼容性問題的原因是相當復(fù)雜的。從整機的電磁性講，主要有共阻抗耦合、線間耦合、電場耦合、磁場耦合及電磁波耦合幾種。共阻耦合主要是騷擾源與受騷擾體在電氣上存在的共同阻抗，通過該阻抗使騷擾信號進入受騷擾體。線間耦合主要是產(chǎn)生騷擾電壓及騷擾電流的導(dǎo)線或 PCB線因并行布線而產(chǎn)生的相互耦合。電場耦合主要是由于電位差的存在，產(chǎn)生感應(yīng)電場對受騷擾體產(chǎn)生的場耦合。磁場耦合主要是指在大電流的脈沖電源線附近，產(chǎn)生的低頻磁場對騷擾對象產(chǎn)生的耦合。電磁場耦合主要是由于脈動的電壓或電流產(chǎn)生的高頻電磁波通過空間向外輻射，對相應(yīng)的受騷擾體產(chǎn)生的耦合。實際上，每一種耦合方式是不能嚴格區(qū)分的，只是側(cè)重點不同而已。在開關(guān)電源中，主功率開關(guān)管在很高的電壓下，以高頻開關(guān)方式工作，開關(guān)電壓及開關(guān)電流均接近方波，從頻譜分析知，方波信號含有豐富的高次諧波。該高次諧波的頻譜可達方波頻率的1000次以上。同時，由于電源變壓器的漏電感及分布電容以及主功率開關(guān)器件的工作狀態(tài)非理想，在高頻開或關(guān)時，常常產(chǎn)生高頻高壓的尖峰諧波震蕩。該諧波震蕩產(chǎn)生的高次諧波，通過開關(guān)管與散熱器間的分布電容傳入內(nèi)部電路或通過散熱器及變壓器向空間輻射。用于整流及續(xù)流的開關(guān)二極管，也是產(chǎn)生高頻騷擾的一個重要原因。因整流及續(xù)流二極管工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，二極管的引線寄生電感、結(jié)電容的存在以及反向恢復(fù)電流的影響，使之工作在很高的電壓及電流變化率下，且產(chǎn)生高頻震蕩。整流及續(xù)流二極管一般離電源輸出線較近，其產(chǎn)生的高頻騷擾最容易通過直流輸出線傳出。開關(guān)電源為了提高功率因數(shù)，均采用了有源功率因數(shù)校正電路。同時，為了提高電路的效率及可靠性，減少功率器件的電應(yīng)力，大量采用了軟開關(guān)技術(shù)。其中零電壓、零電流或零電壓/零電流開關(guān)技術(shù)應(yīng)用最為廣泛。該技術(shù)極大的降低了開關(guān)器件所產(chǎn)生的電磁騷擾。但是，軟開關(guān)無損吸收電路多數(shù)利用L、C進行能量轉(zhuǎn)移，利用二極管的單向?qū)щ娦阅軐崿F(xiàn)能量的單向轉(zhuǎn)換，因此，該諧振電路中的二極管成為電磁騷擾的一大騷擾源。

開關(guān)電源一般利用儲能電感及電容器組成L、C濾波電路，實現(xiàn)對差模及共模騷擾信號的濾波。由于電感線圈的分布電容，導(dǎo)致了電感線圈的自諧振頻率降低，從而使大量的高頻騷擾信號穿過電感線圈，沿交流電源線或直流輸出線向外傳播。濾波電容器隨著騷擾信號頻率的上升，引線電感的作用導(dǎo)致電容量及濾波效果不斷的下降，甚至導(dǎo)致電容器參數(shù)改變，也是產(chǎn)生電磁騷擾的一個原因。4 電磁兼容性的解決方法

從電磁兼容的三要素講，要解決開關(guān)電源的電磁兼容性問題，可從三個方面入手：第一，減小騷擾源產(chǎn)生的騷擾信號；第二，切斷騷擾信號的傳播途徑；第三，增強受騷擾體的抗騷擾能力。在解決開關(guān)電源內(nèi)部的兼容性時，可以綜合利用上述三個方法，以成本效益比及實施的難易性為前提。因而，開關(guān)電源產(chǎn)生的對外騷擾，如電源線諧波電流、電源線傳導(dǎo)騷擾、電磁場輻射騷擾等只能用減小騷擾源的方法來解決。一方面，可以增強輸入/輸出濾波電路的設(shè)計，改善APFC電路的性能，減小開關(guān)管及整流、續(xù)流二極管的電壓、電流變化率，采用各種軟開關(guān)電路拓撲及控制方式等；另一方面，加強機殼的屏蔽效果，改善機殼的縫隙泄漏，并進行良好的接地處理。而對外部的抗騷擾能力（如浪涌、雷擊）應(yīng)優(yōu)化交流電輸入及直流輸出端口的防雷能力。通常，對1.2/50?s開路電壓及8/20?s短路電流的組合雷擊波形，因能量較小，通常采用氧化鋅壓敏電阻與氣體方電管等的組合方法來解決。對于靜電放電，通常在通信端口及控制端口的小信號電路中，采用TVS管及相應(yīng)的接地保護、加大小信號電路與機殼等的電距離來解決或選用具有抗靜電騷擾的器件。快速瞬變信號含有很寬的頻譜，很容易以共模的方式傳入控制電路內(nèi)，采用與防靜電相同的方法并減小共模電感的分布電容、加強輸入電路的共模信號濾波（加共模電容或插入損耗型的鐵氧體磁環(huán)等）來提高系統(tǒng)的抗擾性能。

減小開關(guān)電源的內(nèi)部騷擾，實現(xiàn)其自身的電磁兼容性，提高開關(guān)電源的穩(wěn)定性及可靠性，應(yīng)從以下幾個方面入手：①注意數(shù)字電路與模塊電路PCB布線的正確分區(qū)；②數(shù)字電路與模擬電路電源的去耦；③數(shù)字電路與模擬電路單點接地、大電流電路與小電流特別是電流電壓取樣電路的單點接地以減小共阻騷擾，減小地環(huán)地影響，布線時注意相鄰線間的間距及信號性質(zhì)，避免產(chǎn)生串擾，減小輸出整流回路及續(xù)流二極管回路與支流濾波電路所包圍的面積，減小變壓器的漏電、濾波電感的分布電容，運用諧振頻率高的濾波電容器等。5 濾波器結(jié)構(gòu)

濾波是一種抑制傳導(dǎo)干擾的方法。例如，在電源輸入端接上濾波器，可以抑制來自電網(wǎng)的噪聲對電源本身的侵害，也可以抑制由開關(guān)電源產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾。電源濾波器作為抑制電源線傳導(dǎo)干擾的重要單元，在設(shè)備或系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計中具有極其重要的作用。它不僅可以抑制傳輸線上的傳導(dǎo)干擾，同時對傳輸線上的輻射發(fā)射也具有顯著的抑制效果。在濾波電路中，選用穿心電容、三端電容、鐵氧體磁環(huán)，能夠改善電路的濾波特性。進行適當?shù)脑O(shè)計或選擇合適的濾波器，并正確的安裝濾波器是抗干擾技術(shù)的重要組成部分。在交流電輸入端加裝的電源濾波器電路如圖1所示。圖中Ld、Cd用于抑制差模噪聲，一般取Ld為100 mH-700mH，Cd取1?F-10?F。Lc、Cc用于抑制共模噪聲，可根據(jù)實際情況加以調(diào)整。所有電源濾波器都必須接地（廠家特別說明允許不接地的除外），因為濾波器的共模旁路電容必須在接地時才起作用。一般的接地方法是除了將濾波器與金屬外殼相接之外，還要用較粗的導(dǎo)線將濾波器外殼與設(shè)備的接地點相連。接地阻抗越低，濾波效果越好。濾波器盡量安裝在靠近電源入口處。濾波器的輸入及輸出端要盡量遠離，避免干擾信號從輸入端直接耦合到輸出端。

如在電源輸出端加輸出濾波器、加裝高頻電容、加大輸出濾波電感的電感量及濾波電容的容量，則可以抑制差模噪聲。如果把多個電容并聯(lián)，則效果會更好。6 EMI濾波器選用與安裝

開關(guān)電源EMI濾波器中的4只電容器用了兩種不同的下標“x”和“y”，不僅說明了它們在濾波網(wǎng)絡(luò)中的作用，還表明了它們在濾波網(wǎng)絡(luò)中的安全等級。無論是選用還是設(shè)計EMI濾波器，都要認真的考慮Cx和Cy的安全等級。在實際應(yīng)用中，Cx電容接在單相電源線的L和N之間，它上面除加有電源額定電壓外，還會疊加L和N之間存在的EMI信號峰值電壓。因此，要根據(jù)EMI濾波器的應(yīng)用場合和可能存在的EMI信號峰值，正確選用適合安全等級的Cx電容器。Cy電容器是接在電源供電線L、N與金屬外殼（E）之間的，對于220V、50Hz電源，它除符合250V峰值電壓的耐壓要求外，還要求這種電容器在電氣和機械性能方面具有足夠的安全裕量，以避免可能出現(xiàn)的擊穿短路現(xiàn)象。7 結(jié)語

在開關(guān)電源設(shè)計中，為了少走彎路和節(jié)省時間，應(yīng)充分考慮并滿足抗干擾性的要求，避免在設(shè)計完成后去進行抗干擾的補救措施。

第五篇：高速電路板電磁兼容性分析

畢 業(yè) 論 文

論文題目： 高速電路板電磁兼容性分析

系 部：

專業(yè)名稱： 班 級： 學 號： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 完成時間： 年月 日

高速電路板電磁兼容性分析

摘要：本文首先對電磁兼容的基本概念作出了簡要的回答，接著引出了在高速電路板中存在的電磁兼容問題，主要是其產(chǎn)生的原因，重點是電磁干擾的內(nèi)容，以及相應(yīng)的解決辦法。由這些問題給出了高速電路板在電磁兼容性上的設(shè)計方法，包含了元器件的放置、去耦電容的放置等基本原則。最后通過對PCBMOD仿真軟件的簡單介紹使PCB板的EMC問題在計算機輔助軟件的幫助下大為簡化，使復(fù)雜的問題在現(xiàn)實應(yīng)用中的解決成為可能。

關(guān)鍵詞：電磁兼容性（EMC）；電磁干擾（EMI）；電磁敏感性（EMS）

High speed circuit board electromagnetic compatibility analysis

Abstract: This article first has made the brief reply to the electromagnetic compatibility basic concept, then has drawn out the electromagnetic compatibility question which exists in the high-speed circuit board, mainly is the reason which it produces, the key point is the electromagnetic interference content, as well as corresponding solution.Has given the high-speed circuit board in electromagnetic compatibility design method by these questions, has contained the primary device laying aside, the decoupling electric capacity laying aside and so on the basic principle.Finally through causes PCB to the PCBMOD simulation software simple introduction the board the EMC question to assist the software in the computer under the help is greatly the simplification, causes the complex question in the reality application solution into possible

Key words: Electromagnetic compatibility（EMC）； Electromagnetic interference（EMI）；Electromagnetic sensitivity（EMS）

目錄

引言...............................................................................................................................3 1.電磁兼容性的概念與內(nèi)容........................................................................................3

1.1電磁兼容的概念.................................................................................................................3 1.2電磁兼容包含的內(nèi)容.........................................................................................................4

2.高速電路板的電磁兼容性........................................................................................4

2.1高速電路板電磁干擾的產(chǎn)生原因.....................................................................................4 2.2電磁干擾的解決辦法.........................................................................................................6

3.PCB板電磁兼容性設(shè)計原則及方法.......................................................................7

3.1 元器件的放置....................................................................................................................7 3.2 PCB板的疊層布線............................................................................................................8 3.3 去耦電容的放置及使用方法............................................................................................8

4.PCB板的EMC仿真分析........................................................................................8

4.1 EMC仿真介紹..................................................................................................................8 4.2 PCBMOD仿真軟件..........................................................................................................9

5.應(yīng)用單片機設(shè)計PCB板........................................................................................10

5.1設(shè)計流程...........................................................................................................................10 5.2設(shè)計注意事項...................................................................................................................11

結(jié)束語.........................................................................................................................12 參考文獻.....................................................................................................................13 致謝詞.........................................................................................................................14

引言

科學技術(shù)的發(fā)展，特別是集成電路的發(fā)展，帶動著高速電路的飛速發(fā)展，電子設(shè)備體積越來越小，集成度卻越來越高，高速、高密度的數(shù)字電路設(shè)計成為主要發(fā)展方向。隨著邏輯電路中時鐘頻率的提高、板上器件數(shù)和布線數(shù)的不斷增加，印制板的電磁兼容性問題越來越突出。這些問題的解決直接關(guān)系到數(shù)字電路功能的實現(xiàn)和電子設(shè)備的質(zhì)量。

正如前面所說，電路工作頻率的越來越高使電路板的EMC問題越來越復(fù)雜，現(xiàn)在的CPU的工作時鐘頻率已經(jīng)達到4GHz。正因如此，才需要我們深入研究高速電路板的電磁兼容性問題，盡可能早的發(fā)現(xiàn)問題，并實現(xiàn)PCB板的EMC設(shè)計所提出的要求，就可以避免產(chǎn)品定型生產(chǎn)之后再解決問題所帶來的成本上升和時間的延誤。

1.電磁兼容性的概念與內(nèi)容

1.1電磁兼容的概念

在現(xiàn)代社會里，微電子技術(shù)已深入到各個領(lǐng)域。由于電子技術(shù)中的高頻器件占據(jù)很大的份額，使人們并不希望見到的電磁輻射幾乎無處不在，形成了一種所謂的電磁污染。此外由于工作空間的狹窄，許多電磁能量的輻射體與接受裝置不得不現(xiàn)相互為鄰，影響到這些設(shè)備的正常工作與效率。這些問題的解決都需要用到電磁兼容（Electromagnetic Compatibility, EMC）的相關(guān)理論。國際電工委員會對電磁兼容性的定義為：EMC是電子設(shè)備的一種功能，電子設(shè)備在環(huán)境中完成其功能，而不產(chǎn)生不能容忍的干擾。電磁兼容性問題已經(jīng)形成一門新的學科，也是一門以電磁場理論為基礎(chǔ)，包括信息、電工、電子、通信、材料、結(jié)構(gòu)等學科的邊緣科學。電磁兼容性問題也是要求多動手實踐的一門技術(shù)，僅僅是理論知識的積累只能將理解停留在表面，只有多動手操作，多掌握實踐經(jīng)驗才能深入掌握分析的技巧。

1.2電磁兼容包含的內(nèi)容

根據(jù)IEC給出的定義我們可以用一種通俗說法：EMC就是研究設(shè)備或系統(tǒng)的電磁干擾和抗擾度的問題，也就是說所有的電子設(shè)備既不要成為一個電磁干擾源，對周圍的設(shè)備的正常工作產(chǎn)生不良影響；又能承受周圍電磁環(huán)境中從各種途徑傳輸?shù)母鞣N電磁干擾，而保證自身設(shè)備的正常工作。

電磁兼容（EMC）=電磁干擾（EMI）+電磁敏感度（EMS）

電磁干擾是指任何可能引起裝置、設(shè)備或系統(tǒng)性能降低或者對有生命或無生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象。任何一個電磁干擾現(xiàn)象的發(fā)生都要具備三個要素：干擾源，耦合途徑，敏感設(shè)備。

在電磁兼容理論中，電磁干擾源是指產(chǎn)生電磁干擾的器件、設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)或自然現(xiàn)象。一般說來電磁干擾源分為兩大類：自然干擾源和人為干擾源。

敏感設(shè)備是指對電磁干擾發(fā)生響應(yīng)的系統(tǒng)或設(shè)備的總稱。要注意許多電器裝置既是輻射體又是敏感體，如計算機內(nèi)部的時鐘脈沖頻率發(fā)生器工作時將泄漏出電磁輻射擔當干擾源的角色，但同時又易受到外界的電磁能量的影響而成為敏感體。

耦合途徑是指把能量從電磁干擾源耦合到敏感設(shè)備上，并引起該設(shè)備響應(yīng)的媒介。一般有兩種方式：傳導(dǎo)耦合方式和輻射耦合方式。

傳導(dǎo)耦合：這種方式比較簡單，因為干擾源與敏感設(shè)備之間有明確的連接電路，電磁能量就沿著連接電路從干擾源傳輸?shù)矫舾性O(shè)備上。

輻射耦合：因為沒有具體的連接電路，電磁能量只能以電磁波的方式在空間傳播，從干擾源傳到敏感設(shè)備。

2.高速電路板的電磁兼容性

2.1高速電路板電磁干擾的產(chǎn)生原因

數(shù)字電路中，在系統(tǒng)時鐘頻率超過50MHz并且工作在這這個頻率之上的電路已經(jīng)占到整個電子系統(tǒng)的三分之一以上，或采用了上升／下降時間少于5ns的器件，就是高速電路，考慮傳輸線效應(yīng)和傳輸延遲。實際上，信號上升沿與下降沿的諧波頻率比本身的頻率高很多，就導(dǎo)致不能按照理論傳輸來計算。數(shù)字電路 4 的時鐘信號包含了大量的諧波分量，因此數(shù)字電路的時鐘頻率就不能看成是PCB布線中的最高頻率，從而就為PCB板中通過射頻電流提供了先決條件。

又由電磁場基本理論的可知，當PCB印制線中存在射頻電流時，電流從電流源流到負載，通過返回路徑返回形成閉合回路，就會形成磁場，該磁場又會產(chǎn)生一個輻射磁場，與電磁波的形成與傳播類似，電磁場的交互作用實現(xiàn)了射頻能量的產(chǎn)生與傳播。因為PCB印制線與射頻電流返回路徑?jīng)]有完全重合，磁場與返回結(jié)構(gòu)間的磁通耦合就沒有達到百分之百，剩余的射頻電流就是在PCB板中引起電磁干擾的主要原因。如圖1所示

圖1 高速電路板電磁干擾產(chǎn)生原因

印制電路板中的電磁干擾問題包括高頻信號之間的串擾問題，高頻信號的電磁輻射問題，高頻信號傳輸?shù)姆瓷鋯栴}，其中尤以高頻輻射問題最為嚴重，因為頻率越高，印制線、電源線的阻抗就越高，因此就會通過公共阻抗耦合產(chǎn)生干擾，頻率增高會使寄生電容容抗減小，就容易發(fā)生串擾。

現(xiàn)具體說明如下：

（1）高頻器件輻射的電磁干擾，通常情況下，PCB板的工作頻率太高，布線布局不合理，沒有采取有效的屏蔽措施就會導(dǎo)致輻射干擾。數(shù)據(jù)顯示產(chǎn)生的干擾噪聲是時鐘頻率的3倍。

（2）系統(tǒng)電源自身的噪聲干擾。系統(tǒng)電源在提供能源的同時，也將其寄生的干擾噪聲加到電路中，系統(tǒng)中的模擬信號電路很容易受到此類干擾。

（3）大電流驅(qū)動電路產(chǎn)生的干擾，電路中大電流開關(guān)在動作時會產(chǎn)生電火 5

花干擾。

（4）高頻信號之間的串擾，信號在傳輸線上傳輸時，因為有電磁耦合，所以對相鄰的傳輸線會產(chǎn)生干擾。對于兩條信號之間的耦合問題，主要是信號線之間的互感和互容。

（5）高頻信號傳輸?shù)姆瓷鋯栴}，高頻信號在傳輸時，當源端與負載端阻抗不匹配時，就會在終端發(fā)生發(fā)射，使信號發(fā)生變形。

2.2電磁干擾的解決辦法

針對高速電路板中存在的電磁干擾問題，現(xiàn)提供以下解決措施：

（1）盡量選用頻率低的芯片來提高系統(tǒng)的抗干擾能力，頻率越高就越容易成為噪聲源，產(chǎn)生的高頻噪聲就越大，電磁干擾就越強，在設(shè)計時，在能滿足要求的情況下盡量使用頻率低的芯片。

（2）選用高精度的穩(wěn)態(tài)電源供電，電源供電時會將寄生的噪聲加到電路中，使用穩(wěn)態(tài)電源供電會減少這一類噪聲，還要增加電源線的寬度以減少環(huán)路電阻。

（3）設(shè)計高速PCB板時，信號的走線越短越好，過孔數(shù)目最好不要超過2個。

（4）減少信號間的交叉干擾，高頻信號傳輸時，會產(chǎn)生傳輸線效應(yīng)（傳輸線不僅僅作為導(dǎo)線，還會產(chǎn)生分布電容和分布電感，影響信號的傳輸），導(dǎo)致傳輸信號的失真，高速數(shù)字信號傳輸時，會干擾與之平行的另一條傳輸線，這就是信號間的交叉干擾，為此要盡可能的縮短高頻器件間的連接線。

（5）PCB板的合理布局結(jié)構(gòu)，布局不當是造成干擾的主要原因，所以正確的布局布線是設(shè)備正常運行的基本保證之一。首先是PCB板的尺寸大小，尺寸太大會增加它的成本，降低它的抗噪能力，太小則臨近線條容易受到干擾。盡可能將強電信號與弱電信號分開，模擬信號與數(shù)字信號分開，用地線將兩區(qū)域分離，將模擬地與數(shù)字地分離，接于電源地，干擾源與敏感器件分離，元器件應(yīng)均勻、整齊、緊湊的排列在PCB板上，盡量減少各元器件之間的引線和連接線。

（6）合理解決電源線和地線連接多造成的電磁干擾，大多數(shù)的電磁干擾都是通過地線引入的。地線存在阻抗，地線中流過電流時會產(chǎn)生電壓降，因為在地線中有了環(huán)路電流、電壓降，就產(chǎn)生了地環(huán)路干擾。解決方法就是切斷地環(huán)路，增加地環(huán)路阻抗。共用一段地線會產(chǎn)生公共阻抗耦合，解決辦法是為每個模塊提

供一個公共電位參考點，讓每個電路模塊的接電線最終匯流與公共電位參考點，由于只有一個參考點，也就沒有了公共耦合阻抗的存在，也就沒有了干擾問題。

（7）用去耦電容去除高頻噪聲，頻率越高容抗就越低，將其并聯(lián)在信號線與地線之間，就能濾除掉高頻噪聲。將每個芯片都加上一個電容不僅能儲存能量，還能旁路掉高頻噪聲，電容引線不宜過長，引線長了，其感應(yīng)電感就越大，電容的諧振頻率就越低，旁路作用就會減弱。

3.PCB板電磁兼容性設(shè)計原則及方法

PCB板的電磁兼容性設(shè)計要遵循的原則有很多，這里只簡要介紹本文用到的幾條比較重要的準則。

①：信號電流環(huán)路面積要最小，眾所周知所有的電子信號有電壓也有電流，信號電流總是要形成閉合回路，把信號電流環(huán)路面積設(shè)計最小是為了防止信號輻射或耦合至其他電路，PCB設(shè)計者要為每個信號電流設(shè)計一條回到源頭的低阻抗路徑；②：不要在連接端口之間放置高頻電路，大部分從板上輻射出去和從外界耦合至板上的電磁能量都是從I／O連接端口這個路徑。③：控制數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換時間，時鐘信號的高次諧波是產(chǎn)生干擾的重要原因，通過控制信號的上升下降時間，可以很好的衰減高次諧波而不降低信號質(zhì)量和誤碼率。④:第一條規(guī)則告訴我們信號要有完整的閉合回路而不能存在間隙，如果回路平面出現(xiàn)縫隙會使高頻電流通過高阻抗的路徑回到源端，這會導(dǎo)致輻射電磁干擾。

基于這四個方面，對高速PCB板的EMI設(shè)計作一詳細介紹。

3.1 元器件的放置

元器件的放置非常重要，其直接導(dǎo)致信號的流向，應(yīng)注意的方面很多。

㈠ 時鐘發(fā)生器的放置

時鐘信號為PCB板內(nèi)的高頻信號，所以它的走線應(yīng)該設(shè)計的最短，不能在I／O接口附近。

也不能在例如DC電源這樣的內(nèi)部接口附近，時鐘電路不能放置在PCB 7

板的邊緣。

㈡ CPU／內(nèi)存的器件放置

和時鐘信號相同，CPU／內(nèi)存器件也是高頻器件所以也不能放置在I／O電路附近，同樣也不能放在內(nèi)部接口附近。

3.2 PCB板的疊層布線

1：高速總線和時鐘線是頻率最高的走線，所以要最先布線。

2：高速信號線和時鐘線要遠離I／O的接口處，這在元器件的放置中有所提及，原因也是頻率高易產(chǎn)生高頻干擾。

3：在高速、高頻和大電流流經(jīng)的區(qū)域不能有I／O信號線。

4：在同一疊層或臨近層上，時鐘線與I／O信號線不要平行或靠近以免發(fā)生串擾。

5：時鐘區(qū)域是高頻區(qū)域不能有無關(guān)的走線穿越，電源分割區(qū)域不能有無關(guān)的走線穿越是由原則四決定的。

3.3 去耦電容的放置及使用方法

1.符合高速定義的部件必須使用去耦電容。

2.去耦電容的走線越寬越好，這樣的走線阻抗越大。3.為集成電路的每一個電源管腳配置一個去耦電容。

4.每一個去耦電容都要通過走線接地，還要保證走線的電感達到最小。5.為了達到第四點中的走線電感最小，可以用兩根地線接去耦電容。

4.PCB板的EMC仿真分析

4.1 EMC仿真介紹 PCB板存在的EMC問題：

信號的串擾、反射造成信號的完整性問題 電源／地電壓的波動造成電源的完整性問題 電磁場的輻射造成電磁干擾和抗干擾問題

4.2 PCBMOD仿真軟件介紹

PCBMOD軟件主要適應(yīng)于計算機、通信領(lǐng)域的PCB和電纜的EMC模擬。支持高速的數(shù)字信號、模擬信號或者模數(shù)混合信號以及電源的設(shè)計，可采用頻域和時域兩種方法對2D或3D線性傳輸線模型以及電源/接地問題進行分析。

PCBMOD可用于PCB板的EMC分析，有二維和三維場求解器及高級網(wǎng)絡(luò)仿真器，功能強大，提供PCB布線設(shè)計、器件布局和電源／地優(yōu)化設(shè)計等電磁兼容和信號完整性仿真分析,不僅可以直接導(dǎo)入多種PCB布線EDA軟件模型（如Protel等軟件）還能精確考慮串擾、趨膚效應(yīng)等問題。其分析流程如圖2所示：

圖2 PCBMOD軟件EMC仿真流程

如圖所示，首先將PCB板的相關(guān)幾何尺寸的參數(shù)輸入到軟件中，接著就是 9

在二維或三維場求解器對它進行時域和頻域的EMC、EMI問題。在定義完P(guān)CB板的激勵、負載和相應(yīng)的內(nèi)外部端口后對其進行電路網(wǎng)絡(luò)的分析，這得益于軟件內(nèi)置的CAD設(shè)計工具，下一步是電磁輻射的分析，包括電磁干擾和電磁敏感度兩個方面的分析，最后觀察得到的結(jié)果。

PCBMOD可以用在PCB和集成電路設(shè)計的各個階段，它包含了ATHOS，Static2D／3D和Stat Mod，對模擬和數(shù)字電路都可以分析。ATHOS是一個可視化PCB電路編輯器。Static2D／3D是一個基于BEM（邊界元方法）的二維或三維的模擬器，能分析數(shù)字電路和高頻模擬電路。Stat Mod 是個3D EMC頻域模擬程序，它利用了PEEC（部分元等效電路法）數(shù)值分析算法。它內(nèi)置了PCB設(shè)計CAD軟件。適應(yīng)于低頻模擬電路。

5.應(yīng)用單片機設(shè)計PCB板

5.1設(shè)計流程

單片機系統(tǒng)的設(shè)計主要包括電路原理圖的設(shè)計，PCB板的設(shè)計，制作軟件的編程，以及系統(tǒng)的集成等方面。

①根據(jù)需要，首先制定出總體方案，總體方案首先制定出硬件電路圖，包括單片機的選擇，單片機及擴展的設(shè)計，外部設(shè)備和接口設(shè)計等。

②根據(jù)原理圖設(shè)計PCB板也有一個具體的流程：開始→規(guī)劃電路板→設(shè)置參數(shù)→裝入網(wǎng)格表及元件的封裝→布置元件→自動布線→手工調(diào)整→存盤及打印輸出→結(jié)束。雖然這一過程主要是由Protel99SE完成，但仍需要注意一些問題：

（1）板的布局（2）高低壓之間的隔離（3）PCB板的走線（4）印制導(dǎo)線的寬度（5）印制導(dǎo)線的間距（6）印制導(dǎo)線的屏蔽與接地

③根據(jù)單片機所支持的指令系統(tǒng)和設(shè)計任務(wù)的基本要求確定軟件的設(shè)計內(nèi) 10

容。為使軟件設(shè)計工作思路清晰，一般把系統(tǒng)的全部軟件工作，劃分成幾個模塊，每個模塊就能完成一定的功能，每個模塊可相互獨立，又可通過指令相互聯(lián)系和調(diào)用。

5.2設(shè)計注意事項.單片機系統(tǒng)的設(shè)計涉及到許多問題，要注意的事項很多，這里只簡要介紹：

①單片機以及電路所用器件的選擇，包括單片機的選擇和電路器件的選擇兩個方面問題。

②PCB板設(shè)計應(yīng)注意的問題：

（1）盡量控制噪聲源，盡量減小噪聲的傳播與耦合，盡量減小噪聲的吸收

（2）PCB板要合理分區(qū)，通常分為3區(qū)，即模塊電路區(qū)（怕干擾）、數(shù)字電路區(qū)（既怕干擾又產(chǎn)生干擾）、功率驅(qū)動區(qū)（干擾源）

（3）時鐘震蕩電路和特殊高速邏輯電路部分用地線圈起來，讓周圍電場趨近于零

（4）I／O驅(qū)動器件功率放大器件應(yīng)盡量靠近板邊設(shè)計、靠近引出接插件

（5）單面板和雙面板設(shè)計中，地線和電源線要盡量粗，信號線的過孔要盡量少

③電路抗干擾問題，其解決主要可以從以下幾個方面考慮：

（1）電源抗干擾措施

（2）接地問題

（3）輸入輸出通道的抗干擾措施

（4）傳輸線的抗干擾措施

結(jié)束語

本文主要闡述了電磁兼容性的概念，高速電路板存在的電磁兼容性問題及解決方法，在此基礎(chǔ)上提出了幾點PCB板的設(shè)計方法，對高速電路板的EMC仿真作了簡要的介紹，最后結(jié)合所學單片機內(nèi)容對PCB板的設(shè)計給出了幾點意見。此次論文的完成與指導(dǎo)老師的耐心知道息息相關(guān)，希望老師能繼續(xù)嚴格要求，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上更上一層樓。

參考文獻: [1] 何為 楊帆，《電磁兼容原理和應(yīng)用》，清華大學出版社，2009年

[2] 鄭軍奇，《電子產(chǎn)品設(shè)計EMC風險評估》，電子工業(yè)出版社，2008年 [3] 鄭軍奇，《EMC電磁兼容設(shè)計與測試案例分析》，電子工業(yè)出版社，2010年

[4] 李富同，《高速PCB板的電磁兼容性設(shè)計及仿真分析》，http://wenku.baidu.com/view/03254e21af45b307e8719748.html，2007年

致謝詞：

這次論文能夠順利完成,我得感謝我的指導(dǎo)老師以及幫助過我的同學,在這里我要深深的表示我的謝意!在本論文的寫作過程中，我的老師傾注了大量的心血，從選題到開題報告，從寫作提綱，到一遍又一遍地指出每稿中的具體問題，嚴格把關(guān)，循循善誘，在此我表示衷心感謝。

在此，我還要感謝在一起生活的大學同學，因為有了你們，我才能有了一個充實愉快的大學生活，直至論文答辯，直到畢業(yè)。最后，我要向百忙之中抽時間對本文進行審閱，評議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝。