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1、电子产品电磁兼容理论与设计基础,电子产品的电磁兼容理论基础与电磁兼容设计,电子产品电磁兼容理论与设计基础,电子产品的电磁兼容设计,1.概述 2.电磁兼容基础知识 3.电磁兼容设计 4.电磁兼容性补救措施 5.电磁兼容设计的一般准则 6.产品电磁兼容性能的控制,电子产品电磁兼容理论与设计基础,1.概述,1.1 什么叫电磁兼容1.1.1 电磁兼容的定义1.1.2 电磁兼容的研究领域1.2 实施电磁兼容的目的 1.2.1 电磁干扰及其危害1.2.2 国家标准及国际标准的要求,电子产品电磁兼容理论与设计基础,1.1 什么叫电磁兼容,1.1.1 电磁兼容的定义国家标准 GB/T4365-1995电磁兼容
2、术语“设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。”,电子产品电磁兼容理论与设计基础,1.1.1 电磁兼容的定义(续),军用标准GJB72-1985电磁干扰与电磁兼容性名词术语“设备（分系统、系统）在共同的电磁环境中能一起执行各自的功能的共存状态。即：该设备不会由于受到处于同一电磁环境中其他设备的电磁发射导致或遭受不允许的降级；它也不会使同一电磁环境中其他设备（系统、分系统）因受其电磁发射而导致或遭受不允许的降级。”,电子产品电磁兼容理论与设计基础,特色定义：“电磁兼容是研究在有限的空间、有限的时间、有限的频谱资源条件下，各种用电设备（分系统、系统，广
3、义的还包括生物体）可以共存并不致引起降级的一门科学。”,1.1.1 电磁兼容的定义(续),电子产品电磁兼容理论与设计基础,要素：电磁环境是由空间、时间、频谱三个要素组成的。要解决电磁兼容问题，离不开空间、时间、频谱这三要素。这也就是我们说的电磁环境。电磁兼容要求：在共同的电磁环境中，任何设备、分系统、系统都应该不受干扰并且不干扰其他设备。,1.1.1 电磁兼容的定义(续),电子产品电磁兼容理论与设计基础,1.1.2 电磁兼容的研究领域,电磁兼容涉及的问题可以归结为五大方面：1.1.2.1 骚扰源特性的研究包括电磁骚扰产生的机理，频域与时域的特性，表征其特性的主要参数，抑制其发射强度的方法等等。
4、1.1.2.2 敏感设备的抗干扰性能在电磁兼容领域中，被干扰的设备或可能受电磁骚扰影响的设备称为敏感设备，或者在系统分析中称为骚扰接收器。如何提高敏感设备的抗干扰性能，是电磁兼容领域中的研究问题之一。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,1.1.2 电磁兼容的研究领域（续）,1.1.2.3 电磁骚扰的传播特性 研究电磁骚扰如何从骚扰源传播到敏感设备上去，包括辐射与传导。电磁兼容领域中传播特性研究的特点：源的非理想化（源的频域、时域特性的复杂性以及源的几何参数的复杂性）以及宽的频率范围。1.1.2.4 系统内与系统间的电磁兼容性 在一个系统之内或系统之间，电磁兼容的问题往往要复杂得多。干扰源可能同时
5、也是敏感设备；传播的途径往往是多通道的；干扰源与敏感设备不只一个等等。这就需要我们对系统内的或系统间的电磁兼容问题进行分析与预测。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,1.1.2 电磁兼容的研究领域（续）,1.1.2.5 电磁兼容测量包括测量设备、测量方法、数据处理方法以及测量结果的评价等等。由于电磁兼容问题的复杂性，理论上的结果往往与实际相距较远，因而使得电磁兼容测量显得更为重要。由于电磁骚扰源在频域与时域特性的复杂性，为了各个国家、各个实验室测量结果之间的可比性，必须详细规定测量仪器的各方面指标，并且各个国家的仪器指标应该严格地相同。当前标准中采用的表征电磁噪声的参数（例如：峰值、准峰值、有效
6、值、平均值）都是用等效于某一个特定参数的正弦信号定标的。亦即：测量得到的电磁噪声电平是等效于某个正弦信号的。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,1.2 实施电磁兼容的目的,1.2.1 电磁干扰及其危害 在电磁环境中，电磁干扰造成的危害是各种各样的，可能从最简单的令人烦恼的现象直到严重的灾难。下面还可以举出一些电磁干扰可能造成的危害：干扰电视的收看、广播收音机的收听。在数字系统与数据传输过程中数据的丢失。在设备、分系统或系统级正常工作的破坏。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,1.2.1 电磁干扰及其危害（续）,医疗电子设备（例如：医疗监护仪、心电起搏器等）的工作失常。自动化微处理器控制系统（例如：
7、汽车的刹车系统、防撞气囊保护系统）的工作失控。导航系统的工作失常。起爆装置的无意爆炸。工业过程控制功能（例如：石油或化工）的失效。除以上所举的例子之外，强电场还会对生物体造成影响。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,国家标准及国际标准的要求,由于电子设备的发展及广泛应用，造成了复杂的电磁环境，干扰日益严重。这就促使电磁兼容EMC(Electromagnetic Compatibility)技术的出现并迅速发展起来。相应的国家及国际标准出台则使对电磁兼容管理提高到法律的高度，从而进一步地促进了电磁兼容的发展。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,1.2.2 国家标准及国际标准的要求(续),现在各国家、
8、军队部门以及世界组织均成立了相应的管理组织或部门，出台了许多有关标准、规定和措施。例如欧洲的CE指令、美国的FCC联邦法规都有相应的电磁兼容要求。我们国家对产品的电磁兼容性能也制订了一系列强制性或推荐性标准，并通过市场监督抽查和即将强制实施的电磁兼容认证等措施来保证市场销售的产品的电磁兼容符合性。产品的电磁兼容符合性是国家标准及国际标准的要求。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,2 电磁兼容基础知识,2.1 基本名词术语2.2 电磁兼容测试中常用单位2.3 电磁干扰形成的三要素2.4 电磁骚扰合格评定的80%/80%准则2.5 电磁抗扰性的试验结果表述,电子产品电磁兼容理论与设计基础,2.1 基
9、本名词术语,（电磁）发射（electromagnetic）emission“从源向外发出电磁能的现象。”电磁兼容中的发射既包含传导发射，也包括辐射发射。（性能）降低 degradation（of Performance）“装置、设备或系统的工作性能与正常性能的非期望偏离。”此种非期望偏离（指向坏的方向偏离）并不意味着一定会被使用者觉察，但也应视为性能降低。2.1.3 电磁骚扰 electromagnetic disturbance“任何可能引起装置、设备或系统性能降低或对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象。电磁骚扰可能是电磁噪声、无用信号或传播媒介自身的变化。”电磁骚扰还包括了无用信号。
10、,电子产品电磁兼容理论与设计基础,2.1 基本名词术语(续),2.1.4 电磁干扰 electromagnetic interference“电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。”由以上两个术语可见：电磁骚扰仅仅是电磁现象，即指客观存在的一种物理现象，它可能引起降级或损害，但不一定已经形成后果。而电磁干扰是由电磁骚扰引起的后果。2.1.5 电磁噪声 electromagnetic noise“一种明显不传送信息的时变电磁现象，它可能与有用信号叠加或组合。”一般可以认为无线电频率从10kHz开始向上。而“电磁”现象则包括所有的频率，除包括无线电频率之外，还包括所有的低频（包括直流）电磁
11、现象。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,2.1 基本名词术语(续),2.1.6 电磁环境 electromagnetic environment“存在于给定场所的所有电磁现象的总和。”“给定场所”即“空间”；“所有电磁现象”包括全部“时间”与全部“频谱”。2.1.7 无用信号 unwanted signal，undesired signal“可能损害有用信号接收的信号。”2.1.8 干扰信号 interfering signal“损害有用信号接收的信号”。比较以上两条术语可见，差别仅在于无用信号是“可能损害”，而干扰信号是“损害”。表明无用信号在某些条件下还是有用的无害的；而干扰信号任何情况下
12、都是有害的。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,2.1 基本名词术语(续),（对骚扰的）抗扰度 immunity（to a disturbance）“装置、设备或系统面临电磁骚扰下降低运行性能的能力。”（电磁）敏感性（electromagnetic）susceptibilityEMS“在存在电磁骚扰的情况下，装置、设备或系统不能避免性能降低的能力。注：敏感性高，抗扰度低。”抗扰度与敏感性都反应的是装置、设备或系统的抗干扰的能力，仅仅是从不同的角度而言。在国际与国内，军用标准体系常用敏感性这一术语；而民用标准体系惯用抗扰度一词。（时变量的）电平 level（of time varying quan
13、tity）“用规定方式在规定时间间隔内求得的诸如功率或场参数等时变量的平均值或加权值。”,电子产品电磁兼容理论与设计基础,2.1 基本名词术语(续),2.1.12 骚扰限值（允许值）limit of disturbance“对应于规定测量方法的最大电磁骚扰允许电平。”2.1.13 干扰限值（允许值）limit of interference“电磁骚扰使装置、设备或系统最大允许的性能降低。”2.1.14(电磁)兼容电平(electromagnetic)compatibility level“预期加在工作于指定条件的装置、设备或系统上规定的最大电磁骚扰电平。”注：实际上电磁兼容电平并非绝对最大值，
14、而可能以小概率超出。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,2.1 基本名词术语(续),2.1.15(骚扰源的)发射电平 emission level(of a disturbance source)“用规定的方法测得的由特定装置、设备或系统发射的某给定电磁骚扰电平。”2.1.16(来自骚扰源的)发射限值 emission limit(from a disturb source)“规定电磁骚扰源的最大发射电平。”2.1.17 发射裕量 emission margin“装置、设备或系统的电磁兼容电平与发射限值之间的差值。”,电子产品电磁兼容理论与设计基础,2.1 基本名词术语(续),2.1.18 抗扰
15、度电平 immunity level“将某给定的电磁骚扰施加于某一装置、设备或系统而其仍能正常工作并保持所需性能等级时的最大骚扰电平。”也就是说：超过此电平，该装置、设备或系统就会出现性能降低。而敏感性电平，是指刚刚开始出现性能降低的电平。所以对某一装置、设备或系统而言，扰抗度电平与敏感性电平是同一个数值。2.1.19 抗扰度限值 immunity limit“规定的最小抗扰度电平。”,电子产品电磁兼容理论与设计基础,2.1 基本名词术语(续),2.1.20 抗扰度裕量 immunity margin“装置、设备或系统的抗扰度限值与电磁兼容电平之间的差值。”2.1.21(电磁)兼容裕量(ele
16、ctromagnetic)compatibility margin“装置、设备或系统的抗扰度限值与骚扰源的发射限值之间的差值。”2.1.22 骚扰抑制 disturbance suppression“削弱或消除电磁骚扰的措施。”骚扰抑制是加于电磁发射器（源）上的措施。2.1.23 干扰抑制 interference suppression“削弱或消除电磁干扰的措施。”干扰抑制是加于敏感设备（被干扰对象）上的措施。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,几个术语之间的相互关系,电子产品电磁兼容理论与设计基础,2.2 电磁兼容测试中常用单位,在电磁兼容测量中常用不同的量纲，单位也不尽相同。分述如下：2.
17、2.1 功率2.2.2 电压2.2.3 电流2.2.4 功率密度与电场强度2.2.5 磁场强度,电子产品电磁兼容理论与设计基础,功率,功率的基本单位为瓦（W），即焦耳/秒（J/s）。为了表示宽的量程范围，常常引用两个相同量比值的常用对数，以“贝尔”（B）为单位。但贝尔是个较大的值。为了使用方便，采用贝尔的110，即分贝（dB）为单位，即：PdB=10 lg（P2/P1）PdBW=10 lg（PW/1W）若以1mW为0dB，则此时的P2亦应以mW为单位，则表示式为：PdBm=10 lg（PmW/1mW）显然 0dBm=-30dBW频谱分析仪常以分贝毫瓦（dBm）表示其输人电平。,电子产品电磁兼容
18、理论与设计基础,2.2.2 电压,对于纯阻性负载：P=V2/R式中：P功率，W；V降在电阻R上的电压，V；R电阻，。若以分贝（dB）表示，上式可写为：PdBW=10 lg（P2/P1）=10 lg（V22/R2）/（V12/R1）=20lg（V2/V1）-10lg（R2/R1）VdB=20 lg（V2/V1）=20lg（VV/1）式中：VV以V为单位的电压值。显然：0dB=120dBV dB与dBm之间的关系：PdBm-30=VdB 120 10 lg（R/1）式中：R以为单位的电阻值。对于50的系统：PdBmVdB 120 16.99 30VdB 107dB,电子产品电磁兼容理论与设计基础,
19、2.2.3 电流,常以dB为单位，即：IdBA=20 lg（IA/1A）式中：IA以A为单位的电流。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,2.2.4 功率密度与电场强度,有时用空间的功率密度S表示电磁场强度，尤其是在微波波段。因为在微波波段，测量功率比测量电压容易，而且也具有实际意义。功率密度的基本单位为W/m2。常用的单位为mW/cm2或W/cm2。它们之间的关系为：SW/m210 SmW/cm20.01 SW/cm2 除需要进行场强换算外，一般功率密度不再转换为分贝形式。如需要转换时，则为：SdB（W/m2）SdB（mW/cm2）10dBSdB（W/cm2）20dBZ0为自由空间波阻抗：Z0
20、120；S=E2/Z0化为分贝：SdB（W/m2）=EdB（V/m）25.8dB；SdB（mW/m2）=EdB（V/m）155.8dB；SdB（W/m2）=EdB（V/m）125.8dB,电子产品电磁兼容理论与设计基础,2.2.5 磁场强度,HA/m=EV/m/Z HA/m=EV/m/Z当ZZ0120写为分贝形式：HdB（A/m）=EdB（V/m）-51.5dB,电子产品电磁兼容理论与设计基础,2.3 电磁干扰形成的三要素,形成电磁干扰必然具备三个基本要素:电磁骚扰源，耦合途径或传播通道，敏感设备。电磁兼容设计即是从这三个基本要素出发。2.3.1 电磁骚扰源2.3.2 电磁骚扰的传播途径2.3
21、.3 电磁骚扰敏感设备2.3.4 端口,电子产品电磁兼容理论与设计基础,2.3.1 电磁骚扰源,电磁骚扰源包括自然骚扰源和人为骚扰源。2.3.1.1 自然骚扰源包括：来自银河系的电磁噪声；来自太阳系的电磁骚扰；来自大气层的电磁骚扰；热噪声。2.3.1.2 人为骚扰源包括：工科医（射频）设备；高压电力系统与电力电子系统；电牵引系统；内燃机点火系统；声音和广播电视接收机；家用电器、电动工具与电气照明；信息技术设备；静电放电；核电磁脉冲；通讯、广播、定位等大功率设备。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,电磁骚扰的传播途径,电磁骚扰的传播途径包括传导耦合和辐射耦合。传导耦合包括互传导耦合和导线间的感性与
22、容性耦合。辐射耦合包括近场耦合和远场耦合。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,电磁骚扰敏感设备,所有的低压小信号的设备都是电磁骚扰的敏感设备。电磁骚扰以辐射和传导方式侵害敏感设备的。端口就如传输的“界面”，通过这些端口，电磁骚扰进入（或出自）被考虑的设备。骚扰现象的性质和骚扰程度与端口的类型有关。比如辐射骚扰如果是在所考虑的设备壳体以外耦合到与设备相连的导线上，那么对设备来说，就变成了从电源或信号端口进入的传导骚扰，而真正的辐射骚扰是通过设备外壳端口进入设备的骚扰。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,端口,辐射骚扰出现在设备周围的媒体中，而传导骚扰出现在各种金属性媒体中。端口的概念可以对各种媒体加
23、以区分，从而按5种端口分类：外壳端口；交流电源端口；直流电源端口；控制线信号线端口；接地端口，即系统和地或参考地之间的连接。各种位置类别的兼容电平是按照对应的端口概念作出的。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,电磁骚扰进入设备的端口,电子产品电磁兼容理论与设计基础,2.4 EMI合格评定的80%/80%准则,准则定义：在统计基础上，大量生产的设备至少应有80%符合限值要求，置信度不小于80%。在电磁骚扰（电磁发射）检测中，对于批量产品不可能逐一进行测试，以确定是否超过限值。即使用同一工艺流程生产的同一批产品，也不可能保证其电磁兼容指标完全一致，这是由于电磁兼容本身的特点所确定的。电磁兼容测试结果
24、本身，也可能出现数据偏差，即使对于同一个产品，多次测量的结果也可能出现差异。这是由于各种测量误差因素（例如：高频电压测量仪表的误差不可能优于2dB，场强测量误差可能大于3dB）以及被测设备的工作状态、摆放位置不同而引起的。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,批量产品的发射电平（抗扰度电平）的概率分布图上图已给出了发射电平与限值、抗扰度电平与限值对独立变量之间的关系。80%/80%准则是建立在简单随机抽样以及计量抽样，发射电平(抗扰度电平)是连续随机变量并符合正态分布的基础上的。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,2.4 EMI合格评定的80%/80%准则(续),合格评定的8080准则如下：式中：样
25、本算术平均值，；样本标准差，；xj 第i个样本的电平;L限值;k接受界限系数;n抽样数;k的值取决于n，见表1；xi、Sn和L的单位可用 dBV、dB（V/m）或 dBmW等表示。上式的意义在于：当满足该式时，表明在80置信概率条件下，在该总体中80的产品满足限值要求。表1：k与n的关系:,电子产品电磁兼容理论与设计基础,2.5 电磁抗扰性的试验结果表述,对不同试验结果产品可以根据该产品的工作条件和功能规范按以下内容分类：A：技术要求范围内的性能正常；B：功能暂降低或丧失，但可自行恢复性能；C：功能暂降低或丧失，要求操作人员干预或系统复位；D：由于设备（元件）或软件的损坏或数据的丧失，而造成不
26、可恢复的功能降低或丧失。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,2.5 电磁抗扰性的试验结果表述（续）,符合A的产品，试验结果应判合格。符合B的产品，试验结果应视其产品标准、产品使用说明书或者试验大纲的规定，认为某些影响是不重要的，因而也是可以判为合格。符合C的产品，试验结果除了特殊情况并且不会造成危害以外，多数判为不合格。符合D的产品判别为不合格。符合B和C评判标准的产品试验报告中应写明B类或C类评判依据。符合B类应记录其丧失功能的时间。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3 电磁兼容设计,3.1 电磁兼容设计的费效比3.2 电磁兼容设计的基本方法3.3 电磁兼容关键元器件的确定、选择3.4 基本电
27、路单元设计及印制电路板的设计3.5 接地、屏蔽、滤波、设计3.6 其他电磁兼容控制策略与控制技术,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.1 电磁兼容设计的费效比,根据多年来电磁兼容技术与工业的发展，对于解决电磁兼容与产品的开发、生产过程之间的关系，在国际上得到了如下图所示示意图。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.1 电磁兼容设计的费效比（续）,该图横轴为产品生产过程的各个阶段；纵轴为对该产品解决电磁兼容问题所需费用，即所需人力物力。由该图可见，如果在产品开发阶段解决电磁兼容问题所需费用为1；如到型号研制阶段，可能需要10；到批量生产时再解决需要的费用可能达到100。而如果批量生产时尚未发现或
28、尚未能解决电磁兼容问题，则到现场安装调试阶段再解决，费用将可能高达千倍。由此可见，对于一个产品或一个系统，尽早解决电磁兼容问题是十分必要的。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.2 电磁兼容设计的基本方法,3.2.1 抑制电磁骚扰源3.2.2 抑制干扰耦合3.2.3 提高敏感设备的抗扰能力3.2.4 一般原则,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.2.1 抑制电磁骚扰源,尽量去掉对设备（或系统）工作用处不大的潜在电磁骚扰源，减少骚扰源的个数；恰当选择元器件和线路的工作模式，尽量使设备工作在特性曲线的线性区域，以使谐波成份降低；对有用的电磁发射或信号输出也要进行功率限制和频带控制；合理选择电磁波发
29、射天线的类型和高度，不盲目追求覆盖面积和信号强度；合理选择电磁脉冲形状，不盲目追求上升时间和幅度；控制产生电弧放电和电火花，宜选用工作电平低的或有触点保护的开关或继电器，宜选用加工精密的直流电机；应用良好的接地技术来抑制接地干扰、地环路干扰并抑制高频噪声。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.2.2 抑制干扰耦合,把携带电磁噪声的元件和导线与连接敏感元件（或电磁骚扰特性测量端口、界面）隔离；缩短干扰耦合路径的长度，宜使导线尽量短，必要时使用屏蔽线或加屏蔽套；注意布线和结构件的天线效应，对通过电场耦合的辐射，尽量减少电路的阻抗，而对通过磁场耦合的辐射，则尽量增加电路的阻抗；应用屏蔽等技术隔离或减
30、少辐射途径的电磁骚扰；应用滤波器、脉冲吸收器、隔离变压器和光电耦合器等滤除或减少传导途径的电磁骚扰。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.2.3 提高敏感设备的抗扰能力,对于骚扰源的各种电磁防护措施，一般也同样适用于敏感设备；可以采用滤波、脉冲吸收、内部屏蔽、隔离技术、内部去耦电路及线路和结构的合理布局等来抑制电磁干扰；在设计中尽量少用低电平器件，不盲目选择高速器件，去掉那些不十分需要的敏感部件，适当控制输入灵敏度。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.2.4 一般原则,一般保证设备电磁兼容的技术方法可分两类:其一是在设备或系统设计时就注意选用相互干扰小的元件、器件和电路，并在结构上合理布局，
31、以保证元器件等级上的兼容性。其二是采用接地、屏蔽、滤波等技术，降低所产生的干扰电平，增加干扰在传播途径上的衰减。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.3电磁兼容关键元器件的确定、选择,实用的元件并不是“理想”的，其特性与理想的特性是有差异的。实用的元件本身可能就是一个干扰源，因此正确选用元件非常重要。有时也可以利用元件具有的特性进行抑制和防止干扰。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.4 基本电路单元设计及印制电路板的设计,3.4.1 基本电路单元设计 3.4.1.1 单级放大电路设计 3.4.1.2 RAM电路设计 3.4.1.3 A/D、D/A电路设计 3.4.1.4 电源电路设计 3.4
32、.1.5 高频数字逻辑电路 3.4.1.6 一般屏蔽盒3.4.2 电路板设计,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.4.1 基本电路单元设计,3.4.1.1 单级放大电路设计对于单级放大电路设计，其接地点一般选择为放大器一方，而使信号源与地隔离。这样可使负载免受地电位差的影响，从而抑制了噪声干扰。对于单级放大电路，应单点接地。一般电子设备低电平级电路是易受干扰电路，多级电路应采用串联式单点接地，其接地点选择在低电平级电路的输入端，使电路受地电位差的干扰最小。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.4.1.2 RAM电路设计,对于数字电路中的，其地址总线和数据驱动器尽可能靠近存储器，以防止线长引入电
33、感，造成因延迟引起的误动作。由于高温会加速RAM结点的漏电，所以不能使器件过热，布局时应留有散热空间或采用散热措施。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.4.1.3 A/D、D/A电路设计,由于A/D、D/A器件易受干扰，所以须单独布置元器件。由于器件本身同时存在模拟电路和数字电路，故电源与地应做到模拟与数字相分离。本器件电源与其他供电电路应采用滤波器隔离技术以减少其他电路的干扰。同时可以选用光电耦合器提高器件抗干扰能力，减少传输损耗及干扰。可以将转换器直接做到传感器上，以减少线路干扰。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.4.1.4 电源电路设计,电源是重要的系统内部噪声源，同时也是外部噪声
34、较易侵入的部件。系统内部噪声或系统外部噪声可以通过电源传导，干扰内部其他设备；一个系统产生的噪声也可以通过电源传导干扰外部其他系统。我们抑制传导干扰的方法主要是滤波，电源输入首先要进行抗电磁干扰滤波。EMI均设计为双向滤波，这样不仅防止电网干扰进入系统内部，而且防止系统本身产生的干扰进入电网。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.4.1.4 电源电路设计(续),对于多级电源，可采用浮地将中间各级加以隔离，以提高抗耦合干扰能力。电源相对系统来说，是大电流、高电压、低频率部件，容易引起磁场辐射干扰；同时对于电源变压器、铁氧体磁芯，容易发生漏磁，引起磁场干扰。抑制磁场干扰最有效的方法就是磁屏蔽。把变
35、压器全部屏蔽起来效果虽好，但结构复杂，散热困难。一种简单的方法是用薄钢片把变压器铁芯外侧围起来。对于小型变压器所包的铁皮可兼作安装固定用。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.4.1.5 高频数字逻辑电路,对高频数字逻辑电路布局时应作到有关的逻辑元件应相互靠近，易产生干扰的器件(如时钟发生器)或发热器件应远离其他集成电路。由于高频数字信号正负电平转换时间短、转换电流大，往往会产生尖脉冲，通过电源线给系统带来致命的干扰。这样需要在每一个器件、电源输入端就近并上一个小电容来旁路尖峰干扰。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.4.1.5 高频数字逻辑电路（续）,可以采用级间加缓冲存储器以减少级间干扰
36、，这样还可以防止由于击穿造成的关键器件的损坏。将多余端口接地或通过电阻接电源可以防止端口感应造成的干扰。并联电容或涂静电防护漆可防止端口的静电感应及静电电荷积累放电干扰。TTL电路在状态转换瞬时，两个输出晶体管同时导通时产生一个大的冲击电流，加上反馈作用可以成为一个干扰振荡器，我们可采用整型电路来消除。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.4.1.6 一般屏蔽盒,对于高频电路，辐射是其主要的干扰途径，所以在设计时，通常加屏蔽盒进行屏蔽，抑制干扰传播。屏蔽盒的腔体一般可以采用厚的金属块直接车、铣加工出内腔，这样屏蔽腔体不存在接缝，各处密度相同，屏蔽效能最佳。它的成本较高、加工工艺较复杂。普遍应用
37、于高频特别是微波频段的电路屏蔽。对频率较低且屏蔽要求不太高的屏蔽盒，可以采用金属型材围框成型，其搭接处一般采用涂导电胶铆装。现在也可采用铝钎焊，这样可避免存在接逢和铆接处氧化造成的屏蔽效能下降。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.4.1.6 一般屏蔽盒（续）,另外，还有采用金属板材拼接、螺装成型结构，这种结构加工简单，成本低，在屏蔽要求不太高时也经常采用。此外，电路板上关键元器件需要屏蔽时，可用薄钢板围成框架或小屏蔽罩直接固定在电路板上进行屏蔽。由于存在安装面(屏蔽盖)的缝隙，必造成频率泄露。对于屏蔽要求较高的设备，可以采用双层屏蔽盖方式。对于多腔体屏蔽盒结构，为了避免各腔之间互相干扰，可以
38、单独在各腔体上加单层屏蔽后，再在外面加总屏蔽盖。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.4.2 电路板设计,电子设备中数字电路、模拟电路以及电源电路的元件布局和布线其特点各不相同，它们产生的干扰以及抑制干扰的方法不相同。此外高频、低频电路由于频率不同，其干扰以及抑制干扰的方法也不相同。所以在元件布局时应该将数字电路、模拟电路以及电源电路分别放置，将高频电路与低频电路分开。有条件的应使之各自隔离或单独做成一块电路板。此外，布局中还应特别注意强、弱信号的器件分布及信号传输方向途径等问题。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.4.2 电路板设计(续),各种形式中接地特性及防护侧重点均不相同，如将其混淆
39、势必造成系统抗干扰能力的下降。应用中应做到模拟地、数字地、电源地三地分离，并将各地在机箱的母地线上进行单点接地。当采用多层线路板设计时，可将其中一层作为“全地平面”，这样可减少接地阻抗，同时又起到屏蔽作用。我们常常在印制板周边布一圈宽的地线，也是起着同样的作用。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.4.2 电路板设计(续),元件之间的信号走线越短越好，这样可以减少高频辐射。其中辐射最严重的是时钟信号，不应和地址或数据总线及输入的模拟信号并行走线。布线尽可能把同一输出电流而方向相反的信号利用平行布局方式来消除磁场干扰。对相互干扰的信号，尽可能在其中间插入地线进行屏蔽。,电子产品电磁兼容理论与设计
40、基础,3.5 接地、屏蔽、滤波设计,接地、屏蔽、滤波这三种常用方法在电路和系统中都具有独特的作用，但它们有时也相互关联。譬如，设备接地良好，可以降低设备对屏蔽的要求;而良好的屏蔽也可使对滤波的要求低一些。从对系统总体的作用考虑，接地可以降低干扰频率的能量，屏蔽通过隔离辐射耦合途径降低干扰的辐射能量，而滤波可以对通过传导干扰的频率能量进行衰减。3.5.1 接地设计 3.5.2 屏蔽设计 3.5.3 滤波设计,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.5.1 接地设计,接地是电路或系统正常工作的基本技术要求之一，因为任何电路的电流都要经过地线形成回路。地线或接地平面总有一定的阻抗，该公共阻抗使两接地点间
41、形成一定的电压，从而引起接地干扰。恰当的接地给高频骚扰信号形成低阻抗通路，抑制了高频信号对其他电子设备的骚扰。可见，接地即存在接地阻抗而引起接地干扰，接地又是抑制干扰的一种技术措施。比较而言，良好的接地是改善设备或系统电磁兼容性能的一种有效而经济的方案。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.5.1.1 接地的基本概念,电路中的“地”一般定义为电路或系统的零电位参考点。它不一定是实际的大地，它可以是设备的外壳或其它金属板、线。“接地”一般是指电路或系统与“地”之间建立低阻抗通路，其中一点通常是系统的一个电气或电子元器（组）件，而另一点为“地”。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.5.1.1 接
42、地的基本概念（续）,对接地平面的要求：接地平面应是零电位，它作为系统中各电路任何位置、所有信号的公共电位参考点；理想的接地平面是零电阻的实体，电流在接地平面流过时没有压降，现实中虽不存在零阻抗的接地平面，但应力求减少它的阻抗；良好的接地平面与布线间应有大的分布电容，而平面本身的引线电感将是很小，理论上它必须能吸收所有信号而使设备稳定地工作；良好的接地要求尽量减少多电路公共接地阻抗上所产生的骚扰电压，同时还要尽量避免形成不必要的地回路。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.5.1.1 接地的基本概念（续）,接地的基本目的有两个：一是为信号电压提供一个零电位参考点，称为信号接地。接地的另一个目的是
43、为了安全，称为安全接地。安全接地就是把设备的外壳利用低阻导体连至大地（且一定是接到大地），以防止人员触及设备外壳时产生电击事故。注意：电磁兼容技术的接地属于信号接地，不一定利用导体接于大地。一般情况下，信号接地点与安全接地点不应为同一位置，否则信号端将会引入严重的干扰。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.5.1.2 接地的基本方法,接地方法有三种基本形式：浮地、单点接地和多点接地。这些方法可以单独使用，也可在给定的设备及系统中组合使用（组合接地，又称混合接地）。浮地：浮地是一种将电路或设备与公共接地平面或可能引起环路电流的公共导线进行电隔离的方法。浮地的效果取决于是否做到完全的浮地。因为设备
44、不与大地相连，容易出现静电积累。为此，对浮地提出了一种折衷办法，就是必要时在采用浮地的设备与大地之间接入一个电阻值很大（约几兆欧）的泄放电阻，以消除静电积累的危险。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.5.1.2 接地的基本方法(续),单点接地：单点接地是指在一个线路中，只有一个物理点被定义为接地参考点，其它各个需要接地的点都直接接到这一点上。多点接地：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，以使接地引线的长度最短。这个接地平面应是低阻材料制成，并有适宜的长度和足够的宽度和厚度。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.5.1.2 接地的基本方法（续）,混合接地：由于多点接
45、地系统中形成了各种地线回路，它们对于设备内同时使用具有较低频率的电路会产生不良的影响。如果出现了这种情况，可以采用混合接地方法。所谓混合接地，就是将那些只需高频接地的点使用串联电容器把它们和接地平面连接起来。但在使用时应注意尽量避免所使用的电容器与引线电感发生谐振。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.5.1.2 接地的基本方法（续）,接地引线的长度：接地引线的长度必须小于/4，这仅是考虑到“地”作用的起码要求，但实际究竟应小到多少还要看允许电流通过该接地引线所产生的电压降的大小。如果一个电路对此电压降很敏感，则接地引线的长度不大于0.05或更小；如果只是一般的敏感，则接地引线可长些，但一般不
46、超过0.15。接地引线的阻抗：接地引线的阻抗与它相对于接地平面的相对位置有关。为了减少接地阻抗，接地引线的端头应平行搭接在接地平面上。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.5.1.3 接地点的选择,为了保证电路正常工作，同时又尽量减少接地干扰，必须恰当地选择接地点的个数及接地点的位置。放大器与信号源间接地点的选择：宜单点接地，并选择放大器的共同参考点作为接地点，而将信号源与地隔离，这样做可以抑制噪声干扰。多级电路接地点的选择：一般地说，电子设备中的低电平级电路是受干扰电路，因此接地点选择在低电平级电路的输入端。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.5.1.3 接地点的选择（续）,高增益放大器屏
47、蔽体接地点的选择：高增益放大器常以金属外壳作屏蔽，以防外来电场的干扰。屏蔽与接地须相互应用才能使干扰降至最低。为了这个目的及电路的稳定性，屏蔽体必须接于放大器的共同参考线上。低频电缆屏蔽体接地点的选择：低频电路使用的电缆之外屏蔽导体也要单点接地。唯一可行的办法是将未接地屏蔽层直接接于放大器的共同参考点。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.5.1.3 接地点的选择（续）,同轴电缆与屏蔽绞线接地点的选择：宜选择单端接地。若两端都接地，则因两端地电位不可能相同使干扰的抑制效果较差。若技术上要求两端都接地，则应使一部分的地回路电流经由低阻抗的屏蔽层，而不经由同轴电缆的中心导体或信号绞线。若要得到更好
48、的抗干扰能力，则可使用隔离变压器、光电耦合装置等以达到要求。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.5.2 屏蔽设计,电磁屏蔽就是以金属隔离的原理来控制电磁干扰由一个区域向另一区域感应和辐射传播的方法。屏蔽一般分为两种类型：一类是静电屏蔽，主要用于防治静电场和恒定磁场的影响。另一类是电磁屏蔽，主要用于防止交变电场、交变磁场以及交变电磁场的影响。静电屏蔽应具有两个基本要点：即完善的屏蔽体和良好的接地。电磁屏蔽不但要求有良好的接地，而且要求屏蔽体具有良好的导电连续性，对屏蔽体的导电性要求要比静电屏蔽高得多。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.5.2 屏蔽设计（续）,为了满足电磁兼容性要求，常常用高
49、导电性的材料作为屏蔽材料，如铜板、铜箔、铝板、铝箔、钢板或金属镀层、导电涂层。在实际的屏蔽中，电磁屏蔽效能更大程度上依赖于机箱的结构，即导电的连续性。机箱上的接缝、开口等都是电磁波的泄漏源。穿过机箱的电缆也是造成屏蔽效能下降的主要原因。解决机箱缝隙电磁泄漏的方式是在缝隙处用电磁密封衬垫。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.5.2 屏蔽设计（续）,电磁密封衬垫是一种导电的弹性材料，它能够保持缝隙处的导电连续性。常见的电磁密封衬垫有导电橡胶、双重导电橡胶、金属编织网套、螺旋管衬垫、定向金属导电橡胶等。机箱上开口的电磁泄漏与开口的形状、辐射源的特性和辐射源到开口处的距离有关。通过适当的设计开口尺寸
50、和辐射源到开口的距离能够改善屏蔽效能的要求。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.5.2 屏蔽设计（续）,通风口可使用穿孔金属板，只要孔的直径足够小，就能够达到所要求的屏蔽效能。当对通风量的要求高时，必须使用截止波导通风板（蜂窝板），否则不能兼顾屏蔽和通风量的要求。如果对屏蔽要求不高，并且环境条件较好，可以使用铝箔制成的蜂窝板。这种产品的价格低，但强度差，容易损坏。,电子产品电磁兼容理论与设计基础,3.5.2 屏蔽设计（续）,如果对屏蔽的要求高，或环境恶劣（如军用环境），则要使用铜制或钢制蜂窝板，这种产品各方面性能优越，但价格高昂。诸如计算机显示屏等，即要满足视觉需要，又要满足防电磁泄漏要求。
