【摘要】：现代电子设备都是在杂乱电磁环境下运转的。针对电磁搅扰常导致电子设备毛病乃至安全事端，评论了电子体系的电磁兼容性规划。文中对电磁搅扰源作了剖析，论说了电磁兼容性规划理念，研讨了抗电磁搅扰的规划机理，针对电子设备常呈现的毛病，提出了抗电磁搅扰的技能办法。以某操控设备电磁兼容性规划采纳的详细技能办法为例，验证了抗电磁搅扰的杰出效果，显着前进了操控设备的安全可靠性。工程实践标明，最重要的抗电磁搅扰技能办法是体系的杰出接地和屏蔽以及合理布线。
跟着微电子技能的快速开展，电子设备运用越来越广泛，电子体系的集成度越来越高，可是在杂乱电磁环境下，电子体系对电磁搅扰有显着的敏理性和脆弱性。为了削减毛病并根绝事端的发生，有必要对电子设备进行电磁兼容性规划。只需电子电气设备通电就会发生电磁场，电生磁，磁生电，因而电磁环境是非常杂乱的，一方面要求运用电子设备时对周围的电磁环境不构成污染，另一方面也要求该电子设备在实际电磁环境运用中不至于功能下降或发生毛病致使发生严重事端。因而有必要对电子设备的电磁兼容性进行研讨，对电磁导致的搅扰进行操控与防护。根据电磁兼容性规划的重要性，以下对相关问题作某些评论。
1 常见的电磁搅扰现象及其剖析
电磁及其感应现象是普遍存在的，因而电子体系的电磁作业环境是非常杂乱的。从工程运用视点，电磁搅扰按作业频率的不同可将其进行分类。例如，一般电网中普遍存在谐波信号电压动摇、电网频率改变与低频感应电压、电网电压不平衡、电网供电动摇时刻短下降与短时刻中止等导致的低频传导搅扰，磁场与电场的低频辐射搅扰;因为感应连续波电压电流的振动瞬变与单向瞬变引起的高频传导搅扰，电磁场（连续波、瞬态）与磁场、电场导致的高频辐射搅扰;因为资料的绝缘功能导致的静电放电搅扰等。上述提及的搅扰包含了工程运用中绝大多数的电磁搅扰现象。
在对电子体系进行抗搅扰功能剖析时，有必要对导致体系的固有特性及其运用环境进行归纳剖析。电子电路体系中或许呈现的电磁搅扰类型有：例如，因为存在电路回路的公共阻抗耦合，因而导致电路性的彼此搅扰;因为搅扰源与搅扰方针之间存在着改变的电场，经过电容耦合或许构成电容性搅扰，因其会发生搅扰电压; 空间电磁波的电、磁场强度改变，或许发生感电势导致的传导电流和传导电压的搅扰;在交变磁场搅扰源中，电流改变或许导致在电理性元件上发生感应电压，因而发生电理性搅扰等等。
2 电磁兼容性及其规划机理
2.1 电磁兼容性
跟着电气及电子设备在现代化出产中的广泛运用，设备联接越来越杂乱，功率越来越大，数量急剧添加，对设备要求也越来越高，频带日益加宽，设备灵敏度更高， 因而电磁兼容性问题变得愈加重要。电磁兼容（EMC，ElectromagneTIcCompaTIbility）的寓意是指处于电磁环境中的电子体系， 任何其他事物都不或许对它构成不能承受的电磁搅扰才能，且设备或体系都能够正常地作业。电磁兼容技能触及通讯、计算机、电子、出产、军事以及日子的各个方面，是一门正在迅速开展的交叉学科。电磁兼容是研讨在有限空间、有限时刻与有限频谱资源条件下，不同设备彼此之间能够共存而不致彼此影响的科学。由上述电磁兼容界说可知，电磁兼容的寓意包含：设备对周围其他设备不发生不能承受的搅扰，其本身也不受其他设备搅扰的影响。电磁兼容性研讨触及多个方面，首先是对电磁搅扰源本身特性的研讨;其次，电磁发射强度、搅扰机理与电磁搅扰按捺办法以及电磁搅扰的时频域特性等方面的研讨，第三，特别值得留意的是设备本身抗电磁搅扰功能的研讨;最终，怎么点评电磁辐射与传导特性等电磁兼容性，选用什么设备与丈量办法对电磁搅扰进行丈量，怎么处理丈量数据与丈量成果。从更大规模考虑，它还涵盖了体系内及体系间的电磁兼容性。电磁兼容性研讨内容包含天然及人为电磁搅扰源，如闪电现象与静电放电便是天然电磁搅扰源，搅扰源的丈量包含开阔场所、辐射、传导与脉冲搅扰的丈量（电浪涌、快速瞬变脉冲群与静电放电），在完成电磁兼容性的技能方面有屏蔽、接地、绑接与滤波等，也包含选用特别规划技能以按捺电磁搅扰。
2.2 抗电磁搅扰规划机理
要构成电磁搅扰有必要一起具有三个条件：其一，有必要有搅扰源存在，没有搅扰源存在，明显不或许对设备发生电磁搅扰;其二，有传达电磁搅扰的通道存在，不然不或许构成对设备的电磁搅扰;其三，设备要能够承遭到搅扰信号，并直接影响到设备的正常作业，因而即便设备承遭到了搅扰，假如采纳技能办法可消除其对设备的搅扰。例如，一个鲁棒性很强的设备，是不会遭到电磁搅扰影响的。抗电磁搅扰规划机理便是要采纳电磁兼容性规划，使上述三个条件不一起具有，以到达前进设备抗电磁搅扰的意图。
以电子设备抗搅扰规划为例，因为设备中高频搅扰特别杰出，首先是对设备发射的射频能量进行操控，使其尽或许地小防止搅扰其它设备，其次，为了设备不遭到外界搅扰，有必要尽量减小进入该设备的射频能量。电磁搅扰能够凭借辐射或许传导传输两种方法完成，如搅扰源能量直接辐射到操控线、信号线与电源线进入设备后，可经过公共信号、操控电缆或公共电源线等耦合途径直接搅扰设备的正常作业。因而，可在设备端口或灵敏回路，选用共模或差模抗搅扰办法，最大极限地削减对其影响，下降辐射与传导的能量，前进设备的抗搅扰功能，其抗电磁搅扰规划机理便是根绝一起满意上述的三个必备条件［3-4］。根据此，其抗电磁搅扰规划的技能办法能够是各式各样的，跟着技能的前进，可采纳的技能办法会越来越丰厚，以保证设备规划的电磁兼容性。
3 抗搅扰规划战略
抗电磁搅扰规划便是在杂乱电磁频谱环境下，选用归纳技能办法以保证电子设备正确发挥效能。依照抗电磁搅扰规划机理，首先是按捺搅扰源以防备电磁搅扰;其次是采纳防电磁搅扰办法，以阻断搅扰传达途径;最终，是下降电子设备对搅扰的灵敏度，或许前进电子设备的鲁棒性功能，以防备与按捺电磁搅扰。针对电子体系的电缆接插件、印制板布局、信号安置，按捺搅扰布线、元器材、滤波器、接地与旁路等环节或许引进的电磁搅扰信号，可选用阻隔、电路阻抗操控、滤波、解耦、密封、接地、屏蔽、正确布线等抗电磁搅扰办法。
3.1 PCB版的合理布局与布线规划
在电路布局方面，电源、模仿与数字电路的元件布局和布线是不同的，在元件布局时应将其别离放置，应将高、低频电路分隔，尽或许将其各自阻隔，留意信号传输方向、途径以及强、弱信号的器材散布彼此之间不要发生搅扰。关于简单发生噪声搅扰的电路，如时钟发生器、晶振与CPU 时钟等的输入端等，应当彼此尽或许地接近些，以便于合理布局整个PCB版，削减搅扰源。强弱电流不同的电路与易发生噪声的器材应尽或许远离逻辑电路。最大极限地削减信号通路与电路元件布局中无用信号的彼此耦合。为防止模仿、数字电路发生公共阻抗耦合，将低电平的模仿与数字电路分隔，而且远离无滤波的电源和高电平信号线;在PCB版布局上，应将不同的高、中、低速逻辑电路别离布局于不同的区域，保证同层相邻布线、同板相邻层、相邻板之间的平行信号线尽或许长度最小;EMI滤波器放置于同一线路板并尽或许接近EMI源;整流器、DC/DC变换器与开关元件与变压器的放置方位应当尽或许地接近以缩短导线长度。滤波电容器、调压元件与整流二极管的放置方位也应当尽或许地接近，以削减对外部的搅扰;噪声与非噪声元件尽量远离，将印刷电路板按电流开关特性与频率分区， 根绝大电流、高速开关线与噪声灵敏布线彼此平行。
在PCB版电路布线方面，为了前进电磁兼容性，能够采纳以下的布线战略：为防止会集电场耦合到较强噪声的相邻途径，在转弯处途径选用45°以防止直角布线;在传送高频与灵敏信号途径上不选用短截线，以防止在短截线上发生振动;坚持从驱动到负载的途径宽度不变，以防止发生反射导致线路阻抗不平衡;在多个PCB板地线衔接时，为了防止短截线信号途径，有必要根绝选用树型摆放的高速和灵敏信号线，相同也要根绝辐射型摆放的高速和灵敏信号线，以防止发生反射和辐射搅扰;密布的电源和地层过孔会导致电源阻抗添加，电源在该点构成高阻抗，影响射频电流传递，因而应当防止过孔密度过大;一切敷铜区直接衔接到地，防止敷铜区变成辐射天线;除上述常用的布线战略外，其它布线战略这儿就不评论了。
3.2 接地体系规划
接地体系规划是杂乱的，要考虑的要素许多。电磁屏蔽有利于电磁搅扰的彼此阻隔，在电子设备中，如将屏蔽与接地结合运用，那么电子设备中的绝大部分电磁搅扰问题是能够获得处理的。为了使接地体系的接地阻抗最小，接地体系规划能够选用以下技能办法。
① 接地点挑选。低频电路中电感影响较小，为防止多点接地构成环流导致搅扰，在作业于1MHz频率以下时，应选用单点接地。高频电路中电感影响较大，在作业于10MHz频率以上时，可选用就近多点接地，地线应短而粗，以下降地线阻抗。
② 数字电路与模仿电路接地有必要严厉分隔，而且别离与电源端地线相连，两者地线不能够相混，此外，还要留意尽量加大模仿电路的接地上积，以削减接地阻抗。
③ 因为导体电感与导体长度成正比而与直径成反比，因而接地线应尽量短而粗，使其可经过三倍于印刷线路板的答应电流，以前进抗噪才能。
④ 数字电路的接地线应当构成闭环路，防止耗电量大时加大电位差值，以前进PCB抗噪声才能。
⑤ 为了削减接地阻抗，将多层线路板的其间一层作为接地层并起屏蔽效果，一般将印刷板周边布作地线。
⑥ 在电源板面和接地板面的绝缘薄层间存在电容，将其放置在相邻层可构成去耦电容，然后前进高频率呼应特性。
⑦ 低速电路和元件的散布与放置应当尽量使其接近电源面，而高速电路和元件的散布与放置应当尽量使其接近接地上。
⑧ 多电源供电时，各个电源应当分隔接地。
电子设备接地体系结构杂乱，有多种接地方法，如数字体系（逻辑地）和模仿体系接地，机壳接地（屏蔽地）与体系接地等，接地技能在多层与单层PCB板中都有广泛运用，其方针是完成接地阻抗的最小化，削减接地回路电势的不良影响。
4 结束语
跟着微电子技能的快速开展，电子设备更新换代越来越快，电磁兼容性规划变得愈加重要。可是电子设备规划的成功经验标明，如将屏蔽与接地办法结合运用，就可对外部发生的电磁搅扰进行按捺，处理电子设备中的绝大部分电磁搅扰问题。
作者：周国清 《西南大学学报（天然科学版）》 2014年08期
