电子产品电磁兼容性设计研究

电子产品电磁兼容性设计研究

王海涛1  ,王亮2

1身份证号：610424198611197619     2身份证号：220322198402202636

摘要：本文从电磁兼容性概念及研究对象入手，介绍了共模/差模电磁兼容干扰，提出了远离电源、信号传输、接地线等提升产品电磁兼容性的要点。

关键词：电磁兼容性；共模/差模发射

序言

电磁干扰与电子产品的抗干扰能力，是相互关联的矛盾统一体。一方面，电子产品的日益普及使电磁干扰日益严重；另一方面，电磁干扰又对电子产品的设计提出了更高要求。其核心问题是如何确保电子产品在复杂的电磁环境中能够正常工作并达到设计指标。

1 电磁兼容性概念

电磁兼容性具有两层含义：第一，电子产品应具有抑制外部电磁干扰的能力；笫二，该电子产品所产生的电磁干扰应低于限度，不得影响同一电磁环境中其他电子设备的正常工作。表1列出能够损坏电子元器件的脉冲能量。

表1 能损坏电子元器件的脉冲能量(μJ)

2 电磁兼容性研究对象

电磁兼容性研究领域主要包括电磁干扰的产生与传输,电磁兼容性的设计(含制定标准)、电磁干扰的诊断与抑制、电磁兼容性的测量与试验。

3 共模/差模发射干扰介绍

电磁兼容性的设计是一项复杂的系统工程。首先应掌握有关标准及规范,然后根据实际电磁环境提出具体要求,进而制定技术和工艺上的实施方案。在设计电子仪器设备时,应重点考虑电路设计、印制板设计、隔离、退耦、滤波、接地、屏蔽等问题。例如,设计电路时选噪声容限高、抗干扰能力强的CMOS电路来代替TTL电路,用无触点的固态继电器(SSR)取代电磁继电器。增加消噪电路,防止产生自激振荡。对于从电源线引入或辐射出去的电磁干扰，应在电源进线端加装电源噪声滤波器(PNF)。对机内干扰可视情况选用低通、高通、带通滤波器或有源滤波器。利用光电耦合器实现信号隔离及阻抗变换。在构成测控系统时可选电磁兼容性良好的VXI总线仪器系统。选择合适的接地方式和接地点,以减小电磁干扰。

下面简要介绍下共模、差模发射电路情况，具体如图1所示。

（a）共模发射(电流流经高阻抗路径,如开路)

（b）差模发射(从源输出到负载所构成的回路)

图1 共模/差模发射电路结构

如图1（a）所示，共模辐射是印制板电路设计中最值得注意的问题,抑制共模干扰应减小回路阻抗,正确处理电源回路、旁路和去耦,也可以衰减共模干扰。如图1（b）所示，通常称线对线的辐射为差模辐射,当信号从源流向负载时就会产生差模辐射干扰，流经负载的电流会在线上产生与等值方向相反的电流，差模电流的抑制主要是减小回路的面积,要求信导线与地回线靠近走线。

4 电磁兼容性设计要点

4.1 电源使用方面

有些电源通断的一瞬间会对小功率电子设备造成损害,对附近的电子设备形成干扰。例如,显示器附近有电源设备时,有时开关电源设备的一瞬间会导致显示器闪一下,如果电源功率较大或靠得太近,而显示器屏蔽效果又达不到要求,显示器就出现波纹,影响使用。解决方法是:电源设备加装屏蔽层,釆取有效的接地措施,电源线也应带屏蔽层,显示器等易受干扰的设备应尽量远离电源。

4.2 信号传输方面

信号在传输过程中由于线缆过长、过细,绝缘性能不好,没有采取有效的屏蔽、接地措施,信号传输就会受到干扰,特别是正电平信号受干扰影响较大。一般情况下的解决方法有:

1)信号采用负电平传输。

2)容易相互干扰的信号分开传输。

3)高频信号单独采用同轴电缆传输。

4)模拟信号、数字信号分开传输。

5)同类信号可采取一根电缆传输(内部可采用一根信号线附近一根地线的接线形式)。

6)尽量采用带有屏蔽层的电缆,屏蔽层接地,线缆的绝缘性能要好。

7)正确使用双绞线可起到消除电磁干扰的作用,通常网络线缆都是釆用双 绞线的形式。信号的传输可使用双绞线的形式,通常采用蓝白双绞,蓝色线接信号白色线接地,信号线和地线相邻。

8)信号线远离电源线,对于无法远离的则要加装金属隔板;信号线应尽量短,粗细应合适。

4.3 接地线使用

地线在解决干扰问题方面起着非常关键的作用。地线粗、接地面积尽量大是基本原则。大型电子设备采用分层逐级接地的方法可起到良好的抗干扰效果。

4.4 屏蔽措施

屏蔽的方法通常是用低电阻材料做成屏蔽体,把需要隔离的部分包围起来,起到隔离作用；被隔离的部分既可以是干扰源,也可以是易受干扰的部分。这样,既屏蔽了被隔离部分向外施加干扰,也屏蔽了被隔离部分接受外来的干扰。

4.5 印制电路板

屏蔽保证电子设备的设计成功在印制板布线阶段所采取的抗干扰措施非常重要,主要措施如下:

1)采用大规模集成电路减少器件数量及信号走线。

2)合理布局缩短走线及器件间的串扰,把相互间有关联的器件放在一起。

3)印制板上布线要合理,减少信号的交叉干扰。

4)在设计大功率单片开关电源时,必须把信号地与功率地线分开布置,最后在输出端汇合。这是因为功率地线上有大电流通过,它在印制导线上形成的电压,势必会影响稳压性能。

5 结论

电磁兼容性设计及其指标是衡量电子产品质量的重要标志,应该引起高度重视；在工程实践中需要具体问题具体分析,必要时还要摸底验证后加以改进。