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实用资料－－电磁兼容设计的一般准则

作者：chunyang　栏目：通信技术

实用资料－－电磁兼容设计的一般准则
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：
⑴在高频时，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。
⑵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。
⑶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。
⑷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。
⑸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。
⑹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。
⑺尽量使用屏蔽的继电器并使屏蔽壳体接地。
⑻选用有效地屏蔽、隔离的输入变压器。
⑼用于敏感电路的电源变压器应该有静电屏蔽，屏蔽壳体和变压器壳体都应接地。
⑽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。
⑾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。
⑴在可能的条件下，单独为各功能单元供电。
⑵使用公共电源的所有电路尽可能彼此靠近。
⑶使用公共电源的所有电路必须互相兼容。
⑷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。
⑸有效隔离电源的输入和输出线及滤波器的输入和输出线。
⑹对电源进行有效的电磁场屏蔽，特别是开关电源。
⑺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）。
⑻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）。
⑼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，输出电容也应呈现低阻抗。
⑽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。
⑾为稳压二极管提供足够的射频旁路。
⑿合理屏蔽和小心地把高压电源同敏感电路隔离开。
⒀电源变压器应该是对称平衡的，而不应该是功率配平的。
⒁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。
⒂变压器铁芯结构应优选D型和C型，E型最次之。
⒃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。
1.1.2.2控制单元
⑴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。
⑵控制单元内主要的无用信号源是那些能突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。
⑶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。
⑷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。
⑸如果必要，可使用RC网络或二级管来抑制开关瞬变。
⑹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。
⑴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。
⑵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。
⑶要注意多级放大器各级之间的去耦。
⑷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。
⑸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）。
⑹运算放大器的噪声比晶体管的噪声电平高，为21/2倍以上。
⑺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。
⑻隔离放大器的输入变压器，初次级间应有效地屏蔽隔离。
⑼用输入变压器来断开到远端音频输入电路的任何地环路。
⑽音频输入变压器应是磁屏蔽的，以免拾取电源磁场骚扰。
⑾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。
⑿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平输入信号的可观部分。
⒀音频放大器若用开关电源，要用20KHz或更高的开关速度。
1.1.2.4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，模拟电路通常产生窄带骚扰，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致。
⑴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。
⑵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。
⑶时钟频率应在工作允许的条件下选用最低的。
⑷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。
⑸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。
⑹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。
⑺要严格限制脉冲波形的尖峰、过冲和阻尼振荡。
⑻若用脉冲变压器，应是有屏蔽的。
⑼必须对电源线、控制线去耦，以防止外部骚扰进入。
⑽不要用长的、非屏蔽的信号线。印制线长度达每ns上升时间大约5cm就要考虑匹配端接。
⑾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。
⑿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。
⒀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。
⒁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。
⒂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。
⒃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。
⒄“五—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，宜于选择多层电路板。
⒅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。
1.1.2.5其他
⑴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。
⑵隔离
①注意地环路形成共模骚扰。
②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。
③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。
⑶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。
①用差分放大器
    直流到高频，线性好，适于模拟

2楼：	>>参与讨论
作者：南方的老树于 2005/5/31 18:25:00 发布：支持

3楼：	>>参与讨论
作者： vick.tong 于 2005/5/31 23:05:00 发布： 21IC 电磁兼容设计。海！！

4楼：	>>参与讨论
作者： znh406 于 2005/6/2 12:44:00 发布： ding

5楼：

>>参与讨论

作者： jackxu 于 2005/6/2 16:12:00 发布：

电磁兼容性常用术语!
1. 2 电磁兼容性常用术语
根据国家标准GJB—85《电磁干扰和电磁兼容性名词术语》选择一部分，供参考
① 一般术语
设备(EQUIPMENT)——作为一个独立单元进行工作，并完成单一功能的任何电气、电子或机电
装置。
分系统(Subsystem)——从电磁兼容性的角度考虑，下列任一状态都可认为是分系统。
a.作为单独整体起作用的许多装置或设备的组合，但并不要求其中的装置或设备独立起作
用
b.作为在一个系统内其主要作用并完成单项或多项功能的许多设备或分系统的组合。
系统(SYSTEM)——若干设备、分系统、专职人员及可以执行或保障工作任务的技术的组合。
通信电子设备(Communication-electronic EQUIPMENT)——在广义上，只任何一种生产、发射、
传递、获得、接收、储存、处理或应用电子的电磁信息的装置。
工业、科学和医疗设备(Industrial Scientific and Medical EQUIPMENT)——将射频能量用于工业、
科学和医疗用途的辐射装置，包括借助射频技术实现能量转换的装置，但这类装置不是也不
应作无线电通信用。
传输线(Transmission LINE)——为电能或电磁能构成一条从一处到另一处定向传输连续通路的
器材装置。
接地(Grounding)——a.将设备外壳、框架或底座接到物体或运载工具的结构上，以保它们同
电位。
b.将电路或设备连接到大地或起到大地作用的、尺寸较大的导体上。
接大地(Carting)——使事物或运输工具的结构（包括金属蒙皮）与大地间实现良好的电气连
接，以确保它们与大地同电位的处理方法。
功率密度(POWER density)——a.在空间某点上坡印廷矢量的值。
b.在空间某点上电磁波的量值，用单位面积上的功率表示。
功率谱密度(Spectrum POWER density)——单位带宽的功率密度。
② 噪声与干扰
电磁噪声(Electromagnetic noise)——与任何信号都无关的一种电磁现象。
自然噪声(Natural noise)——由自由电磁现象产生的电磁噪声。
人为噪声(Man-made noise)——由机电或其他人工装置产生的电磁噪声。
无线电噪声(Radio noise)——射频频段的电磁噪声。
电磁干扰(Electromagnetic interference)——任何能中断、障碍、降低或限制通信电子设备有效
性能的电磁能量
干扰源(Interference source)——任何产生电磁干扰的文件、器件、设备、分系统、系统或自然
现象。
工业干扰(Industrial interference) ——由输电线、电网以及各种电器或电子设备工作时引起的
电磁干扰。
宇宙干扰(Cosmic interference)——由银河系（包括太阳）的电磁辐射引起的电磁干扰。
天电干扰(Atmospheric interference)——由大气中发生的各种自然现象所产生的天线电噪声引
起的电磁干扰。
辐射干扰(Radiated interference)——有任何部件、天线、电缆或连接线辐射的电磁干扰。
传导干扰(Conducted interference)——沿着导体传输的电磁干扰。
宽带干扰(Broadband interference)—— 一种能量频谱分布相当宽的不希望有的发射。
窄带干扰(Narrowband interference)—— 一种主要能量频谱落在测量接收机通带内的不希望
有的发射。
电磁脉冲(Electromagnetic PULSE)——指围绕整个系统（它犹如一个天线），具有宽带大功率效
应的脉冲。
电磁环境(Electromagnetic environment)——设备、分系统或系统在执行规定任务时，可能遇
到的辐射或传导电磁发射电平在不同频率范围
内功率和时间的分布。
电磁环境电平(Electromagnetic ambient level)——在规定的试验地点和时间内，当试验样品尚
未通电时，已存在的辐射及传导的信号和噪
声电平。
③ 天线与传播
天线有效面积(Antenna effective area)——天线输出端子上有用功与给定方向入射平面波的功
率密度之比，其入射平面波的极化方向应与天线辐
射的极化方向一致。
天线有效长度(Antenna effective length)——电线的开路感应电压与被测电场强度分量之比。
天线系数(Antenna factor)——指这样一个系数，将它适当的用于测量仪的仪表读数上，就可
得出以伏每米表示的电场强度或以安每米表示的磁场强度。
近场区(Near-field regions)——a.无功进场区：紧靠着天线的、无功场起主要作用的天
线区。
b.辐射进场区：在无功近场和远场区之间的天线场区，
该场区场随角度的分布与离天线的距离有关。
远场区(Far-field regions)——场随角度的分布基本上与天线的距离无关的天线场区。
系统用天线(SYSTEM antenna)——与被测系统配套的天线，它通常随系统一起提供。
测量天线(TEST antenna)——工作特性已知，并与测试设备配合使用的天线。
④ 发射和响应
发射(Emission)——以辐射或传导形式从一个源发散的电磁能量。
辐射发射(Radiated emission)——通过空间传播的、有用的或不希望有的电磁能量。
传导发射(Conducted emission)——沿电源或信号线传导的电磁发射。
宽带发射(Broadband emission)——能量频谱分布足够军与和连续的一种发射。
窄带发射(Narrowband emission)——带宽比测量接收机带宽小的一种发射。
脉冲发射(ImPULSE emission)——由重复频率不超过所用接收机脉冲带宽的脉冲所产生的发
射。
谐波发射(Harmonic emission)——发射机发出频率为载波频率整数倍的但不是信息信号组成
部分的一种电磁辐射。
寄生发射(Parasitic emission)——发射机发出的由电路中不希望有的震荡引起的一种电磁辐
射。
乱真发射(Spurious emission)——在必要发射带宽以外的一个或几个频率上的电磁发射。
⑤ 干扰抑制和电磁兼容
抑制(Suppression)——通过滤波、搭接、屏蔽和接地或这些技术的任意组合，以减少或
消除不希望有的发射。
屏蔽体(SHIELD)——为了阻止或减少电磁能传输而对装置进行封闭或遮蔽的一种阻挡层。
电磁敏感性(Electromagnetic Susceptibility)——设备、分系统或系统暴露在电磁辐射下所呈现
的不希望有的响应程度。
降级(Degradation)——任何设备、分系统或系统的工作性能偏离预期的指标，使工作性能出
现不希望的偏差。
辐射敏感度(Radiated susceptibility)——对造成设备降级的辐射干扰场的度量。
传导敏感度(Conducted susceptibility)——当引起设备不希望有的响应或造成其性能将级时，
对在电源、控制或信号引线上的干扰信号电流或电压的度量。
敏感度门限(Susceptibility threshold)——指使试验样品呈现最小可分辨的不希望有的响应的
信号电平。
电磁干扰控制(Electromagnetic interference CONTROL)——对辐射和传导能量进行控制，使设备、
分系统或系统运行时尽量减小或降
低不必要的发射。
电磁易损性(Electromagnetic vulnerability)——系统在人为的恶劣环境中遭到一定程度的机理
性威胁后，在执行任务时经常出现有限度将级
的一种特性。
电磁兼容性故障(Electromagnetic compatibility malfunction)——由于电磁干扰或敏感性原因，
使系统或有关的分系统及设
备失灵，从而导致使用寿命缩
短、运载工具受损、飞机失事
或系统效能发生不允许的永
久性下降。
辐射危害(Radiation hazards)——泛指电磁辐射对燃料、电子设备、武备和人体的危害。

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