电子产品电磁兼容性设计.doc

电子产品电磁兼容性设计 电子产品电磁兼容性设计1 电子、电气产品电磁兼容性设计的目的，是使电子、电气产品在预期的电磁环境中能正 常工作、无性能降低或故障，而且具有对该电磁环境中的任何事物不构成电磁骚扰的能 力。电子、电气产品电磁兼容性设计的基本方法是指标分配和功能分块设计。也就是说 ，首先要根据有关标准和规范，把整个产品的电磁兼容性指标要求逐级分配到各个功能 块上，细分成产品级的、模块级的、电路级的和元器件级的指标；然后，按照各级要实 现的功能和电磁兼容性指标要求分别进行设计，采取一定的防护措施等。做好电子、电 气产品电磁兼容性设计需要注意以下八个问题： 一、必须在产品研制开发的初始阶段，同时进行电磁兼容性设计 经验证明，对于一种产品，如果在开发时解决电磁兼容性问题所需的费用定为1，那么， 到定型时再解决，可能需要10倍的费用，到批量生产时需100倍，而如果到用户使用后， 发现问题时再解决，费用可能高达1000倍。这就是说，如果在产品研制开发的初始阶段 ，同时进行电磁兼容性设计，就可以把80％～90％的电磁兼容性问题解决在设计定型之 前。如果等到生产或使用阶段再去解决，非但在技术上造成很大难度，而且还会造成人 力、财力的极大浪费。由此可见，对于任何一种产品，尽早解决电磁兼容性问题是非常 必要的。 二、芯片等有源器件的选用和印制电路板设计是关键 首先，必须注意芯片等有源器件固有的敏感特性和电磁骚扰发射特性，芯片等有源器件 可以分为两类：调谐器件和基本频带器件。调谐器件起带通元件作用，其频率特性包括 ：中心频率、带宽、选择性和带外乱真响应。基本频带器件起低通元件作用，其频率特 性包括：截止频率、通带特性、抑制斜率和乱真响应；除频率特性外，还有输入阻抗特 性、输入端的平衡不平衡特性和敏感度特性。模拟器件的敏感度特性取决于灵敏度和带 宽；数字器件的敏感度特性取决于直流噪声容限或噪声抗扰度。芯片等有源器件有两种 电磁骚扰发射源：传导骚扰源和辐射骚扰源。数字器件是一种最常见的宽带骚扰源，其 翻转时间或上升／下降时间越短，所占频谱越宽。瞬态地电流是传导骚扰和辐射骚扰的 初始源，减小瞬态电流必须减小印制电路板接地阻抗和使用去耦电容。为了控制印制电 路板的差模辐射，需将信号线和回线紧靠在一起，减小信号路径形成的环面积；为了控 制共模辐射，可以使用接地栅网或接地平面，也可使用共模扼流圈。当然，降低频率和 信号电平，增加信号的上升／下降时间、合理选择接地点，都是降低辐射的重要措施。 其次，在设计印制电路板时，应优选多层板，将数字电路和模拟电路安排在不同层内； 电源层应靠近接地层，并在接地层下方；骚扰源应单独安排一层，并远离敏感电路层。 应注意，单面板虽然制造简单、装配方便，但只适用于一般电路要求，不适用于高组装 密度或复杂电路的场合；而双面板适用于只要求中等组装密度的场合。印制电路板设计 的基本原则是：20—H原则，H是两层面的距离，即元、器件平面应比接地层平面小20倍H ，才能减小辐射；2—W原则，W是导线宽度，即导线间距不小于两倍导线宽度；导线应短 、宽、均匀、直，如果转弯，应使用圆角；导线宽度不要突变，导线不要突然拐角。为 了进一步控制辐射，印制电路板布线时，应遵循以下原则：信号线、电源线应尽可能靠 近地线或回线，以减小差模辐射的环面积；各信号线中间用地线隔开，有助于减小交扰 ；数字器件按逻辑速度分组，相对集中，减小耦合，高频、高速器件要靠近印制板连接 器；高电平电路应与敏感电路隔离等。 三、地线设计是最重要的设计，也是难度最大的一项设计 所谓"地"一般定义为电路或系统的零电位参考点，它可以是产品的金属外壳或接地平面 。理想的接地平面应是零电阻的实体，电流在接地平面中流过时应没有压降，即各接地 点之间没有电位差。在实际产品内，这种理想的接地平面或地线是不存在的。任何地线 既有电阻又有电抗，当有电流通过时，地线上必然产生压降。接地类型有悬浮地、单点 接地、多点接地、以及混合接地。悬浮地容易产生静电积累与静电放电，很少采用。由 于地线不是理想的零阻抗对于单元电路来说，最好是一点接地。多级电路接地点应选在 低电平电路的输入端，可减小地电位对电路的干扰。为防止多级小信号放大器和高增益 放大器自激，通常应对它们进行屏蔽。放大器屏蔽罩应一点接地，其接地点应选在输出 端地线上。大型复杂的电子、电气产品中往往包含有多种电子线路和各种电机、电器等 元、部件，这时，地线应分组敷设。一般分为信号地线、噪声地线、金属件地线和机壳 地线等，即"四套法"，这是解决地线干扰行之有效的方法。因此，大型复杂产品地线系 统的设计可以按以下步骤进行： 1.分析产品内各类电气部件的骚扰特性； 2.分析产品内各电路单元的工作电平、信号种类和抗干扰能力； 3.将地线分类、划组； 4.画