電子產(chǎn)品電磁兼容性設(shè)計(jì)探討

1、上海麥聚瑞電子儀器有限公司上海市北京東路668號(hào)科技京城C區(qū)126、521室電話：021530842171819傳真：02153084217EMAIL：dgm@電子產(chǎn)品電磁兼容性設(shè)計(jì)探討電子、電氣產(chǎn)品電磁兼容性設(shè)計(jì)的目的，是使電子、電氣產(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，而且具有對(duì)該電磁環(huán)境中的任何事物不構(gòu)成電磁騷擾的能力。電子、電氣產(chǎn)品電磁兼容性設(shè)計(jì)的基本方法是指標(biāo)分配和功能分塊設(shè)計(jì)。也就是說，首先要根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范

2、，把整個(gè)產(chǎn)品的電磁兼容性指標(biāo)要求逐級(jí)分配到各個(gè)功能塊上，細(xì)分成產(chǎn)品級(jí)的、模塊級(jí)的、電路級(jí)的和元器件級(jí)的指標(biāo)；然后，按照各級(jí)要實(shí)現(xiàn)的功能和電磁兼容性指標(biāo)要求分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，采取一定的防護(hù)措施等。做好電子、電氣產(chǎn)品電磁兼容性設(shè)計(jì)需要注意以下八個(gè)問題：一、必須在產(chǎn)品研制開發(fā)的初始階段，同時(shí)進(jìn)行電磁兼容性設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)證明，對(duì)于一種產(chǎn)品，如果在開發(fā)時(shí)解決電磁兼容性問題所需的費(fèi)用定為1，那么，到定型時(shí)再解決，可能需要10倍的費(fèi)用，到批量生產(chǎn)時(shí)需100倍，

3、而如果到用戶使用后，發(fā)現(xiàn)問題時(shí)再解決，費(fèi)用可能高達(dá)1000倍。這就是說，如果在產(chǎn)品研制開發(fā)的初始階段，同時(shí)進(jìn)行電磁兼容性設(shè)計(jì)，就可以把80％～90％的電磁兼容性問題解決在設(shè)計(jì)定型之前。如果等到生產(chǎn)或使用階段再去解決，非但在技術(shù)上造成很大難度，而且還會(huì)造成人力、財(cái)力的極大浪費(fèi)。由此可見，對(duì)于任何一種產(chǎn)品，盡早解決電磁兼容性問題是非常必要的。二、芯片等有源器件的選用和印制電路板設(shè)計(jì)是關(guān)鍵首先，必須注意芯片等有源器件固有的敏感特性和電磁騷擾發(fā)

4、射特性，芯片等有源器件可以分為兩類：調(diào)諧器件和基本頻帶器件。調(diào)諧器件起帶通元件作用，其頻率特性包括：中心頻率、帶寬、選擇性和帶外亂真響應(yīng)?；绢l帶器件起低通元件作用，其頻率特性包括：截止頻率、通帶特性、抑制斜率和亂真響應(yīng)；除頻率特性外，還有輸入阻抗特性、輸入端的平衡不平衡特性和敏感度特性。模擬器件的敏感度特性取決于靈敏度和帶寬；數(shù)字器件的敏感度特性取決于直流噪聲容限或噪聲抗擾度。芯片等有源器件有兩種電磁騷擾發(fā)射源：傳導(dǎo)騷擾源和輻射騷擾源

5、。數(shù)字器件是一種最常見的寬帶騷擾源，其翻轉(zhuǎn)時(shí)間或上升／下降時(shí)間越短，所占頻譜越寬。瞬態(tài)地電流是傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾的初始源，減小瞬態(tài)電流必須減小印制電路板接地阻抗和使用去耦電容。為了控制印制電路板的差模輻射，需將信號(hào)線和回線緊靠在一起，減小信號(hào)路徑形成的環(huán)面積；為了控制共模輻射，可以使用接地柵網(wǎng)或接地平面，也可使用共模扼流圈。當(dāng)然，降低頻率和信號(hào)電平，增加信號(hào)的上升／下降時(shí)間、合理選擇接地點(diǎn)，都是降低輻射的重要措施。其次，在設(shè)計(jì)印制電路板

6、時(shí)，應(yīng)優(yōu)選多層板，將數(shù)字電路和模擬電路安排在不同層內(nèi)；電源層應(yīng)靠近接地層，并在接地層下方；騷擾源應(yīng)單獨(dú)安排一層，并遠(yuǎn)離敏感電路層。應(yīng)注意，單面板雖然制造簡(jiǎn)單、裝配方便，但只適用于一般電路要求，不適用于高組裝密度或復(fù)雜電路的場(chǎng)合；而雙面板適用于只要求中等組裝密度的場(chǎng)合。印制電路板設(shè)計(jì)的基本原則是：20—H原則，H是兩層面的距離，即元、器件平面應(yīng)比接地層平面小20倍H，才能減小輻射；2—W原則，W是導(dǎo)線寬度，即導(dǎo)線間距不小于兩倍導(dǎo)線寬度；導(dǎo)

7、線應(yīng)短、寬、均勻、直，如果轉(zhuǎn)彎，應(yīng)使用圓角；導(dǎo)線寬度不要突變，導(dǎo)線不要突然拐角。為了進(jìn)一步控制輻射，印制電路板布線時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：信號(hào)線、電源線應(yīng)盡可上海麥聚瑞電子儀器有限公司上海市北京東路668號(hào)科技京城C區(qū)126、521室電話：021530842171819傳真：02153084217EMAIL：dgm@為了抑制共模干擾，還應(yīng)在靠近連接器處，把印制電路板的接地層分割出一塊，作為專用的“干凈”地。每條輸入／輸出線，包括信號(hào)線和回流

8、線，都應(yīng)分別并聯(lián)去耦電容，并接至“干凈”地。使印制板上的共模電流在輸出前就被去耦電容所旁路。四、屏蔽技術(shù)用來抑制電磁騷擾沿著空間的傳播電磁騷擾沿空間的傳播是以電磁場(chǎng)和電磁波的方式進(jìn)行的，通?？捎媒饘俨牧匣虼判圆牧习阉杵帘蔚膮^(qū)域包圍起來，使屏蔽體內(nèi)外的“場(chǎng)”相互隔離，就可切斷電磁騷擾的傳播，實(shí)現(xiàn)屏蔽。對(duì)于屏蔽作用的評(píng)價(jià)可以用屏蔽效能來表示。屏蔽效能即未加屏蔽前，待測(cè)點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度或磁場(chǎng)強(qiáng)度與加上屏蔽后，待測(cè)點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度或磁場(chǎng)強(qiáng)度之比值。電

9、場(chǎng)屏蔽是抑制電場(chǎng)騷擾源和敏感設(shè)備之間由于存在電場(chǎng)耦合而產(chǎn)生的干擾。電場(chǎng)屏蔽的必要條件是金屬屏蔽體和接地。磁場(chǎng)屏蔽是抑制磁場(chǎng)騷擾源和敏感設(shè)備之間由于存在磁場(chǎng)耦合而產(chǎn)生的干擾。不同頻率下，磁場(chǎng)屏蔽應(yīng)采取不同的措施。在磁場(chǎng)頻率比較低時(shí)，可用鐵、硅鋼片等鐵磁性材料，進(jìn)行屏蔽。鐵磁性材料的磁導(dǎo)率越大，屏蔽效能越高，屏蔽層的厚度增加也會(huì)加大屏蔽效能。但增加單層屏蔽的厚度并不經(jīng)濟(jì)，最好采用多層屏蔽的方法。低頻磁場(chǎng)屏蔽的方法，在高頻時(shí)由于鐵磁性材料，磁

10、導(dǎo)率下降和磁損增加而不適用。高頻磁場(chǎng)屏蔽可采用金屬良導(dǎo)體，例如銅、鋁等。當(dāng)高頻磁場(chǎng)穿過金屬板時(shí)將產(chǎn)生很大的渦流，渦流產(chǎn)生的反磁場(chǎng)會(huì)抵消原來的磁場(chǎng)。因此，屏蔽體的屏蔽效能與屏蔽體上產(chǎn)生的渦流大小有關(guān)。此外，高頻電流具有集膚效應(yīng)，渦流只在金屬表面流過，所以金屬薄層就能起到良好的高頻磁場(chǎng)屏蔽作用。如果屏蔽體接地良好，還可以同時(shí)屏蔽高頻電場(chǎng)。電磁場(chǎng)屏蔽用于抑制電磁騷擾源離敏感設(shè)備較遠(yuǎn)時(shí)，通過電磁波耦合所產(chǎn)生的干擾。由于必須同時(shí)屏蔽電場(chǎng)和磁場(chǎng)，應(yīng)

11、采用良導(dǎo)體材料。電磁波入射到良導(dǎo)體表面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射和吸收，使電磁能量大大衰減，從而起到屏蔽作用。在高頻時(shí)，以吸收損耗為主，而在低頻時(shí)以反射損耗為主，屏蔽效能隨頻率越高也越高。但由于良導(dǎo)體時(shí)低頻磁場(chǎng)的反射和吸收都很小，因此，只適用于高頻電磁場(chǎng)和低頻電場(chǎng)的屏蔽。機(jī)箱的屏蔽材料一般采用銅板、鐵板、鋁板、鍍鋅鐵板等，厚度約為0.2～0.8毫米。如果采用工程塑料做機(jī)箱，則需在塑料中摻入高電導(dǎo)率的金屬粉而成為導(dǎo)電塑料，或在其表面噴涂一層導(dǎo)電薄膜。

12、實(shí)際機(jī)箱總有各種大小的孔、洞和縫隙，都可能造成電磁波的嚴(yán)重泄漏。改善孔縫屏蔽的方法，可以采用導(dǎo)電襯墊、金屬絲網(wǎng)、截止波導(dǎo)管、截止波導(dǎo)通風(fēng)板、導(dǎo)電玻璃視窗等。屏蔽電纜是在絕緣導(dǎo)線外面再包一層金屬薄膜，即屏蔽層。屏蔽層通常是銅絲或鋁絲編織網(wǎng)，或無縫鉛鉑，其厚度遠(yuǎn)大于集膚深度。屏蔽層的屏蔽效能主要不是因反射和吸收所得到的，而是由屏蔽層接地所產(chǎn)生的。也就是說，屏蔽電纜的屏蔽層只有在接地以后才能起到屏蔽作用。例如，騷擾源電路的導(dǎo)線對(duì)敏感電路的單芯