接地处理对电磁兼容性的作用

第一篇：接地处理对电磁兼容性的作用

接地处理对电磁兼容性的作用

圈子类别：电子(未知)2010-3-19 18:18:00

[我要评论] [加入收藏] [加入圈子]

按照工程要求,许多电气电子设备或系统必须进行电磁兼容性设计考核控制,为了使设备满

足相关的电磁兼容性标准和工程要求,合理的屏蔽、滤波、接地、隔离等措施是必不可少的。对于较复杂的设备,由于构成设备的电磁兼容性能的因素复杂,并且设备的屏蔽、滤波、接地以及布线等设计效果是相互关联的,一般情况下,不可能由某一单项措施完成解决设备的电磁兼容性问题,多数设备必须是各种措施综合应用。另外,有些情况下,某种措施应用不恰当或工艺处理不到位也会使设备的电磁发射得不到良好控制。这里,我们将介绍电缆屏蔽层、滤波器接地对设备或系统的电磁发射和电磁敏感度影响的几个实例。良好的接地处理对设备电磁发射的改善

某一电子控制设备在使用中与其他设备之间有多路外接控制信号,由于检测无法模拟实际使用状况,设备考核时只是运行在设备自检状态,并使设备内部电路或功能模块尽可能投入工作。设备将许多外接信号电缆孔进行了电磁密封,这样,该设备由外接电缆引出的电磁发射受到了限制。

设备的滤波、内部干扰源模块屏蔽、外壳结构屏蔽设计均考虑比较周到。

但第一次测试CE03、RE02超标较为严重。打开机柜我们发现,设备内部有些方面还欠考虑,并发现设备的电源滤波器安装底座表面涂有油漆,滤波器没有良好的接地可能是CE03、RE02严重超标的主要原因。

我们检查了滤波器的安装情况,将滤波器安装底座表面油漆铲除并涂敷导电胶,使滤波器壳体与设备机壳得到良好地面接触、将风机的电源线先经过滤波器然后供风机等等。仅18.8MHz超标30dB。测试现场对RE02结果再次进行分析、进一步整改,将设备内部开关电源屏蔽罩由悬浮改为接机壳地后,RE02发射下降很大,仅在19.3MHz超标5dB。电缆屏蔽层接地对提高设备或系统敏感度的作用

(1)某动力装置综合控制系统共有20多台套设备,具有冷、热启动;自动测试和遥操;对运动参数进行转换、隔离、放大等的操作与管理等功能。系统的电磁兼容性直接影响该动力综合控制系统的安全和可靠运行,因此,该动力综合控制系统一直很重视电磁兼容工作。

在电磁兼容性设计中,该系统从元器件的选择严格把关,电路设计中通常的信号隔离、电源线加磁环等方法均做到了合理应用,尤其是对机柜的结构、工艺投入了相当的精力和资金,就设备的敏感度而言考核全部合格。

但是,在设备连接成系统后,系统有些细节被忽视,出现了敏感现象。系统中某装置与该动力

装置综合显控台互连电缆没有屏蔽层,线上注入CS114干扰在1.2MHz~3MHz时,数据传递出现了误码。

另外,该系统测量装置与探测器之间的互连线是专门研制的抗辐射电缆,其外层有屏蔽波纹

管。由于试验中屏蔽波纹管两端接地处理不规范、不到位,当线上注入CS114干扰在0.95MHz~2.05MHz时,显示的计数率出现不正常值。第一个问题中我们将原互连电缆换成屏蔽电缆并进行了较好接地处理,第二个问题中我们将屏蔽波纹管接地进行了规范处理,再次进行了CS114干扰注入,设备敏感现象消失。

(2)某设备显控装置敏感度试验中,在其电源线上施加CS06尖峰干扰,在施加干扰规定的时

间内该设备显示器出现了黑屏。设备单位对此问题进行了综合性整改,如显示器电源加对地电容、整理内部走线等,另外一项整改措施是将视频电缆屏蔽层的两端接地(原视频电缆屏蔽层两端均未接地)。经过上述改进重复试验设备显示正常。

多年的工作实践我们发现,当电磁兼容性与设备、系统的功能、性能直接相关时,设计师们对此是比较关注的,而当电磁兼容性与设备、系统的功能、性能没有直接关系的地方,如结构、布线、工艺等方面则容易被忽视,其实,多数情况下设备、系统发生敏感问题多为此类原因造成,而且,一旦问题发生整改所需的代价有时也是很大的。

第二篇：电磁兼容性基础知识及其实现-接地(连载5)

电磁兼容性基础知识及其实现-接地(连载5)

3.1屏蔽的理论方法

3.1.1电缆选择原则

选择导线电缆，是根据传输信号电平或功率电平，频率范围，敏感情况，隔离要求确定，只有分析信号电平与波形，才能正确规定选用导线电缆。

一般原则如下： ·电源线，如此等380伏交流，220伏交流，27伏直流，一般不用屏蔽电缆，但电源线干扰大时例外。·低频信号线，隔离要求很严格的多点接地和单点接地线路，用屏蔽双绞线。

·单点接地的音频线路和内部电源线，用双绞线。

·在重要发射射频脉冲、高频、宽频带内阻抗匹配等处，用同轴线。

·数字电路，脉冲电路，用绞合屏蔽电缆，有时需要单独屏蔽。

·高电平电源线，用镀锌钢管屏蔽。

·多点接地的音频或电源线，需要用屏蔽线。

·对低频仪表，可用单芯、单屏蔽导线。当传输中等信号电平并有良好接地系统时，效果比较好。

3.1.2屏蔽的理论方法

电磁波理是经典的理论。麦克斯威尔、法拉第和其它人在电子学之前就建立了描述电场和磁场的基本方程式。

然而，对实际中的复杂硬件几乎不能直接应用这些方程式。电场和磁场的衰减用从试验中得到的方程式能够更好的表达，这些方程式在屏蔽的设计中广泛应用。有许多因素会影响电磁能量源周围的场。

源的种类赋予了场一些特征，如辐射幅度。距离源的距离和电磁波传输的媒介的特性都会影响场与屏蔽之间的相互作用。

在电磁屏蔽中，波阻抗Zw是联系这些参数的有用的概念。波阻抗定义为电场E与磁场H的比值。

源上的驱动电压决定了干扰的特性。例如，环天线中流动的电流与较低的驱动电压对应。结果是在天线附近产生较小的电场和较大的磁场，具有较低的波阻抗。

另一方面，四分之一波长的距离上，所有源的波的阻抗趋近于自由空间的特征阻抗，377欧姆。这时，称为平面波，作为参考，1MHz的波长是300m。

按照到源的距离，电磁波可以进一步分为两种，近场和远场。两种场的分界以波长λ除以2π的距离为分界点。λ/2π附近的区域称为过渡区。源与过渡区是近场，超过这点为远场。近场波的特性主要由源特性决定，而远场波的特性由传播媒介决定。如果源是大电流、低电压。则在的近场以磁场波为主。高电压、小电流的源产生电场为主的波。

在设计屏蔽控制辐射时，这个概念十分有用。由于这时屏蔽壳与源之间的距离通常在厘米数量级，相对于屏蔽电磁波为近场的情况。在远场，电场和磁场都变为平面波，即，波阻抗等于自由空间的特性阻抗。

知道干扰辐射的近场波阻抗对于设计控制方法是十分有用的。用能将磁通分流的高导磁率铁磁性材料可以屏蔽200KHz以下的低阻抗波。反过来，用能将电磁波中电矢量短路的高导电性金属能够屏蔽电场波和平面波。入射波的波阻抗与屏蔽体的表面阻抗相差越大，屏蔽体反射的能量越多。因此，一块高导电率的薄铜片对低阻抗波的作用很小。屏蔽效能SE等于吸收因子A加上反射因子R，加上多次返射修正因子B，所有因子都以dB表示。SE=A+R+B 表3.1和表3.2给出了不同的屏蔽效能，吸收损耗的计算公式如下：

对于任何电磁干扰，屏蔽作用由三种机理构成。入射波的一部分在屏蔽体的前表面反射，另一部分被吸收，还有一部分在后表面反射.表3.1信号强度的衰减 表3.2屏蔽衰减极限值 dB 衰减的百分比 10 90 20 99 30 99.9 40 99.99 50 99.999 60 99.9999 70 99.99999 dB 评价 0～10 屏蔽很少 10～30 有意义的屏蔽的下限 30～60平均屏蔽量 60～90 屏蔽较好 90～120 屏蔽很好 120以上 现有技术的极限

表3.3给出了一些常用屏蔽材料的相对导电率和导磁率。如果吸收因子6dB以上，多次反射因子B可以忽略，仅当屏蔽层很薄或频率低于20KHz时，B才是重要的。在设计磁屏蔽时，特别是14KHz以下时，除了吸收损耗外，其它因素都可以忽略。同样，在设计电场或平面波屏蔽时，只考虑反射因子。当一束电磁波碰到屏蔽体时，在表面上感应出电流。屏蔽的一个作用是将这些电流在最小扰动的情况下送到大地，如果在电流的路径上有开口，电流受到扰动要绕过开口。较长的电流路径带来附加阻抗，因此在开口上有电压降。这个电压在开口上感应出电场并产生辐射。当开口的长度达到λ/4时，就变成效率很高的辐射体，能够将整个屏蔽体接收到的能量通过开口发射出去。为了限制开口效应，一个一般的规则是，如果屏蔽体的屏蔽效能要达到60dB，开口长度在感兴趣的最高频率处不能超过0.01λ。每隔一定间隔接触的复合或用指形簧片连接的缝隙可以作为一系列开口来处理。值得指出的是，材料本身的屏蔽特性并不是十分重要的，相比之下缝隙开口等屏蔽不连续性是更应该注意的因素。表3.3用于屏蔽的金属特性 金属 相对收导率σr 相对磁导率μr 银 1.05 1 铜 1.00 1 铝 0.61 1 锌 0.29 1 黄铜 0.26 1 镍 0.20 1 铁 0.17 1000 铜 0.10 1000 化学镀镍 0.02 1

·最少保证２４小时的粘接时间。铆钉安装 铆钉安装可以提供紧固长久的接触，塑料铆钉或铜铆钉都可以使用。点焊 安装需要采用基本点焊方式。焊接 需要标准的低温焊接技术完成，焊接剂通常为洁净的液态非酸性物质。金属丝网缠带 连载３曾经介绍过编织金属丝网衬垫。对于金属网缠带。它是由一根单一的连续金属丝编制而成的。这种形状不会因温度的变化而改变。缠带的末端可以焊接，压接或用环氧导电胶粘接。将丝网缠带以半重叠的方式绕制在电缆上时，它可能为电缆提供一层有效的屏蔽层。金属丝网缠带通常为双层网状，如有特殊需要，也可以生产成四层甚至更多层数。较宽的丝网缠带还可以用于建造法拉第笼使用。通常此种衬垫是用蒙乃尔合金丝、镀锡铜丝、不锈钢丝、铜丝、镀银铜丝、铝丝或锡铜合金丝编制而成的。螺旋管衬垫 另外一种在美国较受欢迎的衬垫是使用合金材料，通常是铍青铜或者不锈钢带绕制成具有弹性，导电性和较低成本的螺旋管衬垫。屏蔽性能 这种衬垫可以提供极佳的屏蔽性能，它具有较低的接触阻抗，它边缘的镀层可以为衬垫提供优良的防腐蚀性能，适量的压缩可以保证设备终生的优良接触。这种衬垫的屏蔽效果一般在８０dＢ以上。地于环境密封性要求更高的场合，可以使用由天然硅橡胶条和金属螺旋管衬垫结合在一起的复合型衬垫，如下图所示。在美国另外一种较受欢迎的衬垫是在有弹性的泡沫芯材上涂覆金属化的物质。它有弹性的外涂覆层可以提供比丝网衬垫多６０％－７０％，比指型簧片多４０％的接触面，以便 /> 螺旋管衬垫——Ｄ型多重密封衬垫可同时提供ＲＦＩ／ＥＭＩ防护和环境密封金属化的弹性衬垫

保证在两个有细微不规则的金属交配面间提供良好的接触。有效的环境密封性能有时也可以通过特殊泡沫内芯提供。它多维的细胞结构滑入空隙和空格，柔软的泡沫使得机箱的门更加易于开关和锁紧。屏蔽性能 对于这种材料从３０ＭＨｚ到１ＧＨｚ可以达到平均６０dB的衰减。安装磁屏蔽胶带 对于小器件或者屏蔽要求不严格的场合可以用薄胶带卷起来达到屏蔽的效果，很难确定需要绕多少圈。因为磁导率的下降与被屏蔽物体的形状有关，通常要绕数圈，这相当于多层屏蔽。因此最后的方法是边绕边进行实际的测试，这种方法很容易进行修改，但很难获得比较好的屏蔽效果。

机壳上的出入口问题，使用以前讨论过的技术和材料，不难使一个机壳在从直流直到可见光电磁波频率范围内提供１１０dＢ的屏蔽效能。当然，除了低频磁场屏蔽，但在实际中不可能获得理论上的屏蔽效果，因为机壳所必须的出入口和穿透孔破坏了机壳的完整性，使屏蔽效能降低，如下图所示：

一些破坏机壳完整性的因素 加载硅树脂填料。另一方法是指形物支撑，采用铜铍合金指形支撑物应小心使用，那么就不太容易损坏。一般来讲，最好的方法是采用编织导线网或加有金属微粒的硅树脂填料 第３章讨论了在屏蔽门上用适当的填料的实践，第９章讨论了屏蔽室的门结构。但是，除了门以外，在屏蔽的设计中需要考虑以下的一些或全部因素：

·盖板；

·通用孔；

·测量仪表的指示窗；

·显示窗；

·电位器轴；

·指示灯；

·保险丝；

·开关； ·电源线和信号线连接器。控制轴 使用金属控制轴的地方，如电位器，控制轴要穿透屏蔽外壳。因此，它们应通过填充导电填料来密封，通常使用编织金属网，控制轴应穿过填充的金属绝缘管。典型的结构如图６.８所示，其中绝缘管与机壳面板电气相连。

作者: 王清洲 日期: 2001-7-19

------------------

第三篇：IGBT模块电磁兼容性设计

IGBT模块电磁兼容性设计

（1）IGBT模块的优化布局

变流器主电路在空间产生的磁场强度随输入、输出母线中通过电流的强弱而变化，同时IGBT模块产生的空间交变电磁场的强度随其两端电压和电流突变的剧烈程度而变化。这些干扰信号很容易耦合到IGBT模块的驱动线上。通过合理的布局，可以使在功率驱动端附近和驱动线一带的空间交变电磁场强度最小，即干扰信号最小。设计中应采取以下措施。1）从滤波电容到IGBT模块的直流连接采用双层镀锡铜板叠加技术。2）输入、输出母线与外部直流输入端和外部交流输出端采用铜条连接。

这种结构不仅可以减小寄生电感，而且对于IGBT模块产生的空间交变电磁场起到了很好的屏蔽作用。

（2）IGBT模块的接地设计

当IGBT模块的栅极驱动或控制信号与主电流共用一个接地回路时，在开关过渡过程中，由于主电流具有很高的di/dt，功率电路漏电感上有感应电压存在。一旦发生这种情况，电路中应该为“地”电位的各点实际上会处于高于“地电位”几伏的电位上。这个电压会出现在IGBT模块的栅极，从而使IGBT模块有可能误导通。为了避免这个问题的出现，需要慎重考虑栅极驱动与控制电路的设计。在设计中应采取以下措施。

1）下桥臂每个栅极IGBT驱动电路都采用了分离绝缘措施，且各自的电源零线按在IGBT模块的辅助端子上，不与主电流共用电流支路，以消除接地回路噪声问题。2）在功率器件关断期间，使用负的反向偏置电压，以避免噪声干扰。

经过电磁兼容性设计的变流器，在实际运行中可以获得良好的技术性能指标，对此可以得到以下结论。

1）变流器所处的电磁环境十分复杂，带来很多电磁干扰，良好的电磁兼容性设计是变流器安全可靠运行的关键。

2）吸收电路设计是变流器电磁兼容设计的难点，由于在功率母线的设计中采用了独特的双层镀锡铜板叠加技术，母线电感足够小，吸收电路只需简单的无感电容即可。3）在设备或系统设计的初始阶段应同时进行电磁兼容设计，把电磁兼容的大部分问题解决在设计定型之前，这样可得到最高的性能价格比。

第四篇：高速电路板电磁兼容性分析

毕 业 论 文

论文题目： 高速电路板电磁兼容性分析

系 部：

专业名称： 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成时间： 年月 日

高速电路板电磁兼容性分析

摘要：本文首先对电磁兼容的基本概念作出了简要的回答，接着引出了在高速电路板中存在的电磁兼容问题，主要是其产生的原因，重点是电磁干扰的内容，以及相应的解决办法。由这些问题给出了高速电路板在电磁兼容性上的设计方法，包含了元器件的放置、去耦电容的放置等基本原则。最后通过对PCBMOD仿真软件的简单介绍使PCB板的EMC问题在计算机辅助软件的帮助下大为简化，使复杂的问题在现实应用中的解决成为可能。

关键词：电磁兼容性（EMC）；电磁干扰（EMI）；电磁敏感性（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）

目录

引言...............................................................................................................................3 1.电磁兼容性的概念与内容........................................................................................3

1.1电磁兼容的概念.................................................................................................................3 1.2电磁兼容包含的内容.........................................................................................................4

2.高速电路板的电磁兼容性........................................................................................4

2.1高速电路板电磁干扰的产生原因.....................................................................................4 2.2电磁干扰的解决办法.........................................................................................................6

3.PCB板电磁兼容性设计原则及方法.......................................................................7

3.1 元器件的放置....................................................................................................................7 3.2 PCB板的叠层布线............................................................................................................8 3.3 去耦电容的放置及使用方法............................................................................................8

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

4.1 EMC仿真介绍..................................................................................................................8 4.2 PCBMOD仿真软件..........................................................................................................9

5.应用单片机设计PCB板........................................................................................10

5.1设计流程...........................................................................................................................10 5.2设计注意事项...................................................................................................................11

结束语.........................................................................................................................12 参考文献.....................................................................................................................13 致谢词.........................................................................................................................14

引言

科学技术的发展，特别是集成电路的发展，带动着高速电路的飞速发展，电子设备体积越来越小，集成度却越来越高，高速、高密度的数字电路设计成为主要发展方向。随着逻辑电路中时钟频率的提高、板上器件数和布线数的不断增加，印制板的电磁兼容性问题越来越突出。这些问题的解决直接关系到数字电路功能的实现和电子设备的质量。

正如前面所说，电路工作频率的越来越高使电路板的EMC问题越来越复杂，现在的CPU的工作时钟频率已经达到4GHz。正因如此，才需要我们深入研究高速电路板的电磁兼容性问题，尽可能早的发现问题，并实现PCB板的EMC设计所提出的要求，就可以避免产品定型生产之后再解决问题所带来的成本上升和时间的延误。

1.电磁兼容性的概念与内容

1.1电磁兼容的概念

在现代社会里，微电子技术已深入到各个领域。由于电子技术中的高频器件占据很大的份额，使人们并不希望见到的电磁辐射几乎无处不在，形成了一种所谓的电磁污染。此外由于工作空间的狭窄，许多电磁能量的辐射体与接受装置不得不现相互为邻，影响到这些设备的正常工作与效率。这些问题的解决都需要用到电磁兼容（Electromagnetic Compatibility, EMC）的相关理论。国际电工委员会对电磁兼容性的定义为：EMC是电子设备的一种功能，电子设备在环境中完成其功能，而不产生不能容忍的干扰。电磁兼容性问题已经形成一门新的学科，也是一门以电磁场理论为基础，包括信息、电工、电子、通信、材料、结构等学科的边缘科学。电磁兼容性问题也是要求多动手实践的一门技术，仅仅是理论知识的积累只能将理解停留在表面，只有多动手操作，多掌握实践经验才能深入掌握分析的技巧。

1.2电磁兼容包含的内容

根据IEC给出的定义我们可以用一种通俗说法：EMC就是研究设备或系统的电磁干扰和抗扰度的问题，也就是说所有的电子设备既不要成为一个电磁干扰源，对周围的设备的正常工作产生不良影响；又能承受周围电磁环境中从各种途径传输的各种电磁干扰，而保证自身设备的正常工作。

电磁兼容（EMC）=电磁干扰（EMI）+电磁敏感度（EMS）

电磁干扰是指任何可能引起装置、设备或系统性能降低或者对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象。任何一个电磁干扰现象的发生都要具备三个要素：干扰源，耦合途径，敏感设备。

在电磁兼容理论中，电磁干扰源是指产生电磁干扰的器件、设备、分系统、系统或自然现象。一般说来电磁干扰源分为两大类：自然干扰源和人为干扰源。

敏感设备是指对电磁干扰发生响应的系统或设备的总称。要注意许多电器装置既是辐射体又是敏感体，如计算机内部的时钟脉冲频率发生器工作时将泄漏出电磁辐射担当干扰源的角色，但同时又易受到外界的电磁能量的影响而成为敏感体。

耦合途径是指把能量从电磁干扰源耦合到敏感设备上，并引起该设备响应的媒介。一般有两种方式：传导耦合方式和辐射耦合方式。

传导耦合：这种方式比较简单，因为干扰源与敏感设备之间有明确的连接电路，电磁能量就沿着连接电路从干扰源传输到敏感设备上。

辐射耦合：因为没有具体的连接电路，电磁能量只能以电磁波的方式在空间传播，从干扰源传到敏感设备。

2.高速电路板的电磁兼容性

2.1高速电路板电磁干扰的产生原因

数字电路中，在系统时钟频率超过50MHz并且工作在这这个频率之上的电路已经占到整个电子系统的三分之一以上，或采用了上升／下降时间少于5ns的器件，就是高速电路，考虑传输线效应和传输延迟。实际上，信号上升沿与下降沿的谐波频率比本身的频率高很多，就导致不能按照理论传输来计算。数字电路 4 的时钟信号包含了大量的谐波分量，因此数字电路的时钟频率就不能看成是PCB布线中的最高频率，从而就为PCB板中通过射频电流提供了先决条件。

又由电磁场基本理论的可知，当PCB印制线中存在射频电流时，电流从电流源流到负载，通过返回路径返回形成闭合回路，就会形成磁场，该磁场又会产生一个辐射磁场，与电磁波的形成与传播类似，电磁场的交互作用实现了射频能量的产生与传播。因为PCB印制线与射频电流返回路径没有完全重合，磁场与返回结构间的磁通耦合就没有达到百分之百，剩余的射频电流就是在PCB板中引起电磁干扰的主要原因。如图1所示

图1 高速电路板电磁干扰产生原因

印制电路板中的电磁干扰问题包括高频信号之间的串扰问题，高频信号的电磁辐射问题，高频信号传输的反射问题，其中尤以高频辐射问题最为严重，因为频率越高，印制线、电源线的阻抗就越高，因此就会通过公共阻抗耦合产生干扰，频率增高会使寄生电容容抗减小，就容易发生串扰。

现具体说明如下：

（1）高频器件辐射的电磁干扰，通常情况下，PCB板的工作频率太高，布线布局不合理，没有采取有效的屏蔽措施就会导致辐射干扰。数据显示产生的干扰噪声是时钟频率的3倍。

（2）系统电源自身的噪声干扰。系统电源在提供能源的同时，也将其寄生的干扰噪声加到电路中，系统中的模拟信号电路很容易受到此类干扰。

（3）大电流驱动电路产生的干扰，电路中大电流开关在动作时会产生电火 5

花干扰。

（4）高频信号之间的串扰，信号在传输线上传输时，因为有电磁耦合，所以对相邻的传输线会产生干扰。对于两条信号之间的耦合问题，主要是信号线之间的互感和互容。

（5）高频信号传输的反射问题，高频信号在传输时，当源端与负载端阻抗不匹配时，就会在终端发生发射，使信号发生变形。

2.2电磁干扰的解决办法

针对高速电路板中存在的电磁干扰问题，现提供以下解决措施：

（1）尽量选用频率低的芯片来提高系统的抗干扰能力，频率越高就越容易成为噪声源，产生的高频噪声就越大，电磁干扰就越强，在设计时，在能满足要求的情况下尽量使用频率低的芯片。

（2）选用高精度的稳态电源供电，电源供电时会将寄生的噪声加到电路中，使用稳态电源供电会减少这一类噪声，还要增加电源线的宽度以减少环路电阻。

（3）设计高速PCB板时，信号的走线越短越好，过孔数目最好不要超过2个。

（4）减少信号间的交叉干扰，高频信号传输时，会产生传输线效应（传输线不仅仅作为导线，还会产生分布电容和分布电感，影响信号的传输），导致传输信号的失真，高速数字信号传输时，会干扰与之平行的另一条传输线，这就是信号间的交叉干扰，为此要尽可能的缩短高频器件间的连接线。

（5）PCB板的合理布局结构，布局不当是造成干扰的主要原因，所以正确的布局布线是设备正常运行的基本保证之一。首先是PCB板的尺寸大小，尺寸太大会增加它的成本，降低它的抗噪能力，太小则临近线条容易受到干扰。尽可能将强电信号与弱电信号分开，模拟信号与数字信号分开，用地线将两区域分离，将模拟地与数字地分离，接于电源地，干扰源与敏感器件分离，元器件应均匀、整齐、紧凑的排列在PCB板上，尽量减少各元器件之间的引线和连接线。

（6）合理解决电源线和地线连接多造成的电磁干扰，大多数的电磁干扰都是通过地线引入的。地线存在阻抗，地线中流过电流时会产生电压降，因为在地线中有了环路电流、电压降，就产生了地环路干扰。解决方法就是切断地环路，增加地环路阻抗。共用一段地线会产生公共阻抗耦合，解决办法是为每个模块提

供一个公共电位参考点，让每个电路模块的接电线最终汇流与公共电位参考点，由于只有一个参考点，也就没有了公共耦合阻抗的存在，也就没有了干扰问题。

（7）用去耦电容去除高频噪声，频率越高容抗就越低，将其并联在信号线与地线之间，就能滤除掉高频噪声。将每个芯片都加上一个电容不仅能储存能量，还能旁路掉高频噪声，电容引线不宜过长，引线长了，其感应电感就越大，电容的谐振频率就越低，旁路作用就会减弱。

3.PCB板电磁兼容性设计原则及方法

PCB板的电磁兼容性设计要遵循的原则有很多，这里只简要介绍本文用到的几条比较重要的准则。

①：信号电流环路面积要最小，众所周知所有的电子信号有电压也有电流，信号电流总是要形成闭合回路，把信号电流环路面积设计最小是为了防止信号辐射或耦合至其他电路，PCB设计者要为每个信号电流设计一条回到源头的低阻抗路径；②：不要在连接端口之间放置高频电路，大部分从板上辐射出去和从外界耦合至板上的电磁能量都是从I／O连接端口这个路径。③：控制数字信号的转换时间，时钟信号的高次谐波是产生干扰的重要原因，通过控制信号的上升下降时间，可以很好的衰减高次谐波而不降低信号质量和误码率。④:第一条规则告诉我们信号要有完整的闭合回路而不能存在间隙，如果回路平面出现缝隙会使高频电流通过高阻抗的路径回到源端，这会导致辐射电磁干扰。

基于这四个方面，对高速PCB板的EMI设计作一详细介绍。

3.1 元器件的放置

元器件的放置非常重要，其直接导致信号的流向，应注意的方面很多。

㈠ 时钟发生器的放置

时钟信号为PCB板内的高频信号，所以它的走线应该设计的最短，不能在I／O接口附近。

也不能在例如DC电源这样的内部接口附近，时钟电路不能放置在PCB 7

板的边缘。

㈡ CPU／内存的器件放置

和时钟信号相同，CPU／内存器件也是高频器件所以也不能放置在I／O电路附近，同样也不能放在内部接口附近。

3.2 PCB板的叠层布线

1：高速总线和时钟线是频率最高的走线，所以要最先布线。

2：高速信号线和时钟线要远离I／O的接口处，这在元器件的放置中有所提及，原因也是频率高易产生高频干扰。

3：在高速、高频和大电流流经的区域不能有I／O信号线。

4：在同一叠层或临近层上，时钟线与I／O信号线不要平行或靠近以免发生串扰。

5：时钟区域是高频区域不能有无关的走线穿越，电源分割区域不能有无关的走线穿越是由原则四决定的。

3.3 去耦电容的放置及使用方法

1.符合高速定义的部件必须使用去耦电容。

2.去耦电容的走线越宽越好，这样的走线阻抗越大。3.为集成电路的每一个电源管脚配置一个去耦电容。

4.每一个去耦电容都要通过走线接地，还要保证走线的电感达到最小。5.为了达到第四点中的走线电感最小，可以用两根地线接去耦电容。

4.PCB板的EMC仿真分析

4.1 EMC仿真介绍 PCB板存在的EMC问题：

信号的串扰、反射造成信号的完整性问题 电源／地电压的波动造成电源的完整性问题 电磁场的辐射造成电磁干扰和抗干扰问题

4.2 PCBMOD仿真软件介绍

PCBMOD软件主要适应于计算机、通信领域的PCB和电缆的EMC模拟。支持高速的数字信号、模拟信号或者模数混合信号以及电源的设计，可采用频域和时域两种方法对2D或3D线性传输线模型以及电源/接地问题进行分析。

PCBMOD可用于PCB板的EMC分析，有二维和三维场求解器及高级网络仿真器，功能强大，提供PCB布线设计、器件布局和电源／地优化设计等电磁兼容和信号完整性仿真分析,不仅可以直接导入多种PCB布线EDA软件模型（如Protel等软件）还能精确考虑串扰、趋肤效应等问题。其分析流程如图2所示：

图2 PCBMOD软件EMC仿真流程

如图所示，首先将PCB板的相关几何尺寸的参数输入到软件中，接着就是 9

在二维或三维场求解器对它进行时域和频域的EMC、EMI问题。在定义完PCB板的激励、负载和相应的内外部端口后对其进行电路网络的分析，这得益于软件内置的CAD设计工具，下一步是电磁辐射的分析，包括电磁干扰和电磁敏感度两个方面的分析，最后观察得到的结果。

PCBMOD可以用在PCB和集成电路设计的各个阶段，它包含了ATHOS，Static2D／3D和Stat Mod，对模拟和数字电路都可以分析。ATHOS是一个可视化PCB电路编辑器。Static2D／3D是一个基于BEM（边界元方法）的二维或三维的模拟器，能分析数字电路和高频模拟电路。Stat Mod 是个3D EMC频域模拟程序，它利用了PEEC（部分元等效电路法）数值分析算法。它内置了PCB设计CAD软件。适应于低频模拟电路。

5.应用单片机设计PCB板

5.1设计流程

单片机系统的设计主要包括电路原理图的设计，PCB板的设计，制作软件的编程，以及系统的集成等方面。

①根据需要，首先制定出总体方案，总体方案首先制定出硬件电路图，包括单片机的选择，单片机及扩展的设计，外部设备和接口设计等。

②根据原理图设计PCB板也有一个具体的流程：开始→规划电路板→设置参数→装入网格表及元件的封装→布置元件→自动布线→手工调整→存盘及打印输出→结束。虽然这一过程主要是由Protel99SE完成，但仍需要注意一些问题：

（1）板的布局（2）高低压之间的隔离（3）PCB板的走线（4）印制导线的宽度（5）印制导线的间距（6）印制导线的屏蔽与接地

③根据单片机所支持的指令系统和设计任务的基本要求确定软件的设计内 10

容。为使软件设计工作思路清晰，一般把系统的全部软件工作，划分成几个模块，每个模块就能完成一定的功能，每个模块可相互独立，又可通过指令相互联系和调用。

5.2设计注意事项.单片机系统的设计涉及到许多问题，要注意的事项很多，这里只简要介绍：

①单片机以及电路所用器件的选择，包括单片机的选择和电路器件的选择两个方面问题。

②PCB板设计应注意的问题：

（1）尽量控制噪声源，尽量减小噪声的传播与耦合，尽量减小噪声的吸收

（2）PCB板要合理分区，通常分为3区，即模块电路区（怕干扰）、数字电路区（既怕干扰又产生干扰）、功率驱动区（干扰源）

（3）时钟震荡电路和特殊高速逻辑电路部分用地线圈起来，让周围电场趋近于零

（4）I／O驱动器件功率放大器件应尽量靠近板边设计、靠近引出接插件

（5）单面板和双面板设计中，地线和电源线要尽量粗，信号线的过孔要尽量少

③电路抗干扰问题，其解决主要可以从以下几个方面考虑：

（1）电源抗干扰措施

（2）接地问题

（3）输入输出通道的抗干扰措施

（4）传输线的抗干扰措施

结束语

本文主要阐述了电磁兼容性的概念，高速电路板存在的电磁兼容性问题及解决方法，在此基础上提出了几点PCB板的设计方法，对高速电路板的EMC仿真作了简要的介绍，最后结合所学单片机内容对PCB板的设计给出了几点意见。此次论文的完成与指导老师的耐心知道息息相关，希望老师能继续严格要求，在现有的基础上更上一层楼。

参考文献: [1] 何为 杨帆，《电磁兼容原理和应用》，清华大学出版社，2009年

[2] 郑军奇，《电子产品设计EMC风险评估》，电子工业出版社，2008年 [3] 郑军奇，《EMC电磁兼容设计与测试案例分析》，电子工业出版社，2010年

[4] 李富同，《高速PCB板的电磁兼容性设计及仿真分析》，http://wenku.baidu.com/view/03254e21af45b307e8719748.html，2007年

致谢词：

这次论文能够顺利完成,我得感谢我的指导老师以及帮助过我的同学,在这里我要深深的表示我的谢意!在本论文的写作过程中，我的老师倾注了大量的心血，从选题到开题报告，从写作提纲，到一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。

在此，我还要感谢在一起生活的大学同学，因为有了你们，我才能有了一个充实愉快的大学生活，直至论文答辩，直到毕业。最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢。

第五篇：电磁兼容性实现途径及方法

电磁兼容性实现途径及方法

这要从分析形成电磁干扰后果的基本要素出发。由电磁骚扰源发射的电磁能量，经过耦合途径传输到敏感设备，这个过程称为电磁干扰效应。因此，形成电磁干扰后果必须具备三个基本要素：

1、电磁骚扰

任何形式的自然现象或电能装置所发射的电磁能量，能使共享同一环境的人或其它生物受到伤害，或使其他设备分系统或系统发生电磁危害，导致性能降级或失效，这种自然现象或电能装置即称为电磁骚扰源。

2、耦合途径

耦合途径即传输电磁骚扰的通路或媒介。

3、敏感设备（Victim)

敏感设备是指当受到电磁骚扰源所发射的电磁能量的作用时，会受到伤害的人或其它生物，以及会发生电磁危害，导致性能降级或失效的器件、设备、分系统或系统。许多器件、设备、分系统或系统可以既是电磁骚扰源又是敏感设备。

为了实现电磁兼容，必须从上面三个基本要素出发，运用技术和组织两方面措施。所谓技术措施，就是从分析电磁骚扰源、耦合途径和敏感设备着手，采取有效的技术手段，抑制骚扰源、消除或减弱骚扰的耦合、降低敏感设备对骚扰的响应或增加电磁敏感性电平;为个对人为骚扰进行限制，并验证所采用的技术措施的有效性，还必须采取组织措施，制订和遵循一套完整的标准和规范，进行合理的频谱分配，控制与管理频谱的使用，依据频率、工作时间、天线方向性等规定工作方式，分析电磁环境并选择布置地域，进行电磁兼容性管理等。

电磁兼容性是电子设备或系统的主要性能之一，电磁兼容设计是实现设备或系统规定的功能、使系统效能得以充分发挥的重要保证。必须在设备或系统功能设计的同时，进行电磁兼容设计。

电磁兼容设计的目的是使所设计的电子设备或系统在预期的电磁环境中实现电磁兼容。其要求是使电子设备或系统满足EMC标准的规定并具有两方面的能力：

1.能在预期的电磁环境中正常工作，无性能降低或故障;

2.对该电磁环境不是一个污染源。

为个实现电磁兼容，必须深入研究以下五个问题：

第一，对于电磁骚扰源的研究，包括电磁骚扰源的频域和时域特性，产生的机理以及抑制措施等的研究。

第二，对于电磁骚扰传播特性的研究，即研究电磁骚扰如何由骚扰源传播到敏感设备，包括对传导骚扰和辐射骚扰的研究。传导骚扰是指沿着导体传输的电磁骚扰，辐射骚扰即由器件、部件、连接线、电缆或天线，以及设备呀系统辐射的电磁骚扰。

第三，对于敏感设备抗干扰能力的研究。这种抗干扰能力常心电磁敏感性或抗扰度表征，电磁敏感性电平越小，抗扰度越低，抗干扰能力越差。

第四，对于测量设备测量方法与数据处理方法的研究。由于电磁骚扰十分复杂，测量与评价需要有许多特殊要求，例如测量接收机要有多种检波方式，多种测量带宽、大过载系数、严格的中频滤波特性等，还要求测量场地的传播特性与理论值符合得很好等。如何评价测量结果，也是个重点问题，需要应用概率论、数理统计等数学工具。

第五，对于系统内、系统间电磁兼容性的研究。系统内电磁兼容性是指在给定系统内部的分系统、设备及部件之间的电磁兼容性，而给定系统与它运行时所处的电磁环境，或与其他系统之间的电磁兼容性即系统间电磁兼容性，这方面的研究需要广泛的理论知识与的丰富的实践经验。

还应当指出，由于电磁兼容是抗电磁骚扰的扩展与延伸，它研究的重点则是设备或系统的非预期效果和非工作性能，非预期发射和非预期响应，而在分析骚扰的迭加和出现概率时，还需按最不利的情况考虑，即所谓的“最不利原则”，这些都比研究设备或系统的工作性能复杂得多。

总之，电磁兼容学是一门综合性的边缘学科，其核心仍然是电磁波，其理论基础包括数学、电磁场理论、电路理论、微波理论与技术、天线与电波传播理论、通信理论、材料科学、计算机与控制理论、机械工艺学、核物理学、生物医学以及法律学、社会学等内容。现在，电磁兼容学已成为国内外瞩目的迅速发展的学科，预计在21世纪，它还将获得更加迅速的发展。