電子設(shè)備電磁兼容設(shè)計與測試

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯電子設(shè)備電磁兼容設(shè)計與測試 電磁兼容設(shè)計主要包含浪涌（沖擊）抗擾度、振鈴波浪涌抗擾度、電快速瞬變脈沖群抗擾度、電壓暫降、短時中斷和電壓變化抗擾度、工頻電源諧波抗擾度、靜電抗擾度、射頻電磁場輻射抗擾度、工頻磁場抗擾度、脈沖磁場抗擾度、傳導(dǎo)騷擾、輻射騷擾、射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)抗擾度等相關(guān)設(shè)計。 電磁干擾的主要形式 電磁干擾主要是通過傳導(dǎo)和輻射方式進入系統(tǒng)，影響系統(tǒng)工作，其他的方式還有共阻抗耦合和感應(yīng)耦合。 傳導(dǎo)：傳導(dǎo)耦合即通過導(dǎo)電媒質(zhì)將一個電網(wǎng)絡(luò)上的騷擾耦合到另一個電網(wǎng)絡(luò)上，屬頻率較低的部分（低于30MHz）。在我們的產(chǎn)品中傳導(dǎo)耦合的途徑通常包括電源線、信號線、互連

2、線、接地導(dǎo)體等。 輻射：通過空間將一個電網(wǎng)絡(luò)上的騷擾耦合到另一個電網(wǎng)絡(luò)上，屬頻率較高的部分（高于30MHz）。輻射的途徑通過空間傳遞，在我們電路中引入和產(chǎn)生的輻射干擾主要是各種導(dǎo)線形成的天線效應(yīng)。 共阻抗耦合：當(dāng)兩個以上不同電路的電流流過公共阻抗時消失的相互干擾。在電源線和接地導(dǎo)體上傳導(dǎo)的騷擾電流，多以這種方式引入到敏感電路。 感應(yīng)耦合：通過互感原理，將在一條回路里傳輸?shù)碾娦盘?，感?yīng)到另一條回路對其造成干擾。分為電感應(yīng)和磁感應(yīng)兩種。 對這幾種途徑產(chǎn)生的干擾我們應(yīng)采納的相應(yīng)對策：傳導(dǎo)實行濾波（如我們設(shè)計中每個IC的片頭電容就是起濾波作用），輻射干擾采納削減天線效應(yīng)（如信號貼近地線走）、屏蔽和接地

3、等措施，就能夠大大提高產(chǎn)品的反抗電磁干擾的力量，也可以有效的降低對外界的電磁干擾。 電磁兼容設(shè)計 對于一個新項目的研發(fā)設(shè)計過程，電磁兼容設(shè)計需要貫穿整個過程，在設(shè)計中考慮到電磁兼容方面的設(shè)計，才不致于返工，避開重復(fù)研發(fā)，可以縮短整個產(chǎn)品的上市時間，提高企業(yè)的效益。 一個項目從研發(fā)到投向市場需要經(jīng)過需求分析、項目立項、項目概要設(shè)計、項目具體設(shè)計、樣品試制、功能測試、電磁兼容測試、項目投產(chǎn)、投向市場等幾個階段。 在需求分析階段，要進行產(chǎn)品市場分析、現(xiàn)場調(diào)研，挖掘?qū)椖坑杏眯畔?，整合項目進展前景，具體整理項目產(chǎn)品工作環(huán)境，實地考察安裝位置，是否對安裝有所限制空間，工作環(huán)境是否特別，是否有腐蝕、潮濕、

4、高溫等，四周設(shè)備的工作狀況，是否有惡劣的電磁環(huán)境，是否受限與其他設(shè)備，產(chǎn)品的研制勝利能否大大提高生產(chǎn)效率，或者能否給人們的生活或工作環(huán)境帶來很大的便利，操作使用方式能否簡單被人們所接受，這就要求項目產(chǎn)品要滿意現(xiàn)場功能需要、易于操作等，最終要整理具體的需求分析報告，以供需求評審。 經(jīng)過企業(yè)內(nèi)部相關(guān)負責(zé)人的評審之后，完善需求分析報告，然后是項目立項，項目立項需要組建項目組，把軟件、硬件、結(jié)構(gòu)、測試等人員支配到項目組中，安排各自的職責(zé)。項目開發(fā)的下一階段是項目概要設(shè)計，將項目分解成多個功能模塊，運用WBS分解結(jié)構(gòu)對項目進行功能分解細化，依據(jù)工作量支配時間，支配詳細人員。整理項目概要設(shè)計報告，總體對項

5、目進行評估，確定使用電源類型，電源分布狀況，電源隔離濾波方式，系統(tǒng)接地方式，產(chǎn)品屏蔽，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)采納屏蔽設(shè)計，采納屏蔽機箱機殼，分析信號類型，對雷電、靜電、群脈沖等干擾實行防護措施。 產(chǎn)品概要設(shè)計報告出來后要經(jīng)過相關(guān)人員評審，分析實現(xiàn)方式是否合理，實施方案是否可行，由評審人員給出評審報告，項目組結(jié)合評審報告對概要設(shè)計進行修改后，進入產(chǎn)品具體設(shè)計階段，這階段的內(nèi)容包括原理圖設(shè)計、PCB設(shè)計、PCB選購及焊接、軟件編寫、功能調(diào)試等過程，原理圖設(shè)計應(yīng)考慮到電磁兼容方面的影響，對板級電源增加濾波電容，對信號的接口部分增加濾波電路，依據(jù)信號類型，選擇合適的濾波電路，若信號為低頻型號，應(yīng)選擇低通濾波電路，計

6、算合適的截至頻率，選擇對應(yīng)的電阻、電容等。另對接口部分設(shè)計大電流泄放回路，設(shè)置防雷器件，做到第三級的防雷。 一、元器件選型 我們常用的電子器件主要包括有源器件和無源器件兩種類型，有源器件主要指IC和模塊電路等器件，無源器件主要是指電阻、電容、電感等元件。下面分別對這兩種類型元件的選型、在電磁兼容方面要考慮的問題做一些介紹。 有源器件EMC選型 工作電壓寬的EMC特性好，工作電壓低的EMC特性好，在設(shè)計允許的范圍內(nèi)延時大（通常所說的速度慢）特性好一些，靜態(tài)電流小、功耗小的比大的特性好，貼片封裝的器件的EMC性能好于插裝器件。 無源器件選型 無源器件在我們的應(yīng)用中通常包括電阻、電容、電感等，對于無

7、源器件的選型我們要留意這些元件的頻率特性和分布參數(shù)。 無源器件在某些頻率下，會表現(xiàn)出不同特性，一些電阻在高頻時擁有電感的特性，如線繞電阻，電解電容的低頻特性好，高頻特性差，而薄膜電容和瓷片電容高頻特性較好，但通常容量較小?？紤]溫度對元器件的影響，依據(jù)設(shè)計原理，選用各種溫度特性的器件。 二、印制板設(shè)計 印制板設(shè)計時，要考慮到干擾對系統(tǒng)的影響，將電路的模擬部分和數(shù)字部分的電路嚴格分開，對核心電路重點防護，將系統(tǒng)地線環(huán)繞，并布線盡可能粗，電源增加濾波電路，采納DC-DC隔離，信號采納光電隔離，設(shè)計隔離電源，分析簡單產(chǎn)生干擾的部分（如時鐘電路、通訊電路等）和簡單被干擾的部分（如模擬采樣電路等），對這兩

8、種類型的電路分別實行措施。對于干擾元件實行抑制措施，對敏感元件實行隔離和愛護措施，并且將它們在空間和電氣上拉開距離。在板級設(shè)計時，還要留意元器件放置要遠離印制板邊沿，這對防護空氣放電是有利的。 采樣電路的原理圖設(shè)計參見圖1： 圖1：采樣電路設(shè)計。 電路的合理布局可以降低干擾，提高電磁兼容性能。根據(jù)電路的功能劃分若干個功能模塊，分析每個模塊的干擾源與敏感信號，以便進行特別處理。 印制板布線時，需要留意以下幾個方面： 1、保持環(huán)路面積最小，例如電源與地之間形成的環(huán)路，減小環(huán)路面積，將減小電磁干擾在此回路上的感應(yīng)電流，電源線盡可能靠近地線，以減小差模輻射的環(huán)面積，降低干擾對系統(tǒng)的影響，提高系統(tǒng)的抗干

9、擾性能。并聯(lián)的導(dǎo)線緊緊放在一起，使用一條粗導(dǎo)線進行連接，信號線緊挨地平面布線可以降低干擾。電源與地之間增加高頻濾波電容。 2、使導(dǎo)線長度盡可能的縮短，減小了印制板的面積，降低導(dǎo)線上的干擾。 3、采納完整的地平面設(shè)計，采納多層板設(shè)計，鋪設(shè)地層，便于干擾信號泄放。 4、使電子元件遠離可能會發(fā)生放電的平面如機箱面板、把手、螺釘?shù)?，保持機殼與地良好接觸，為干擾供應(yīng)良好的泄放通道。對敏感信號包地處理，降低干擾。 5、盡量采納貼片元器件，貼片器件比直插器件的電磁兼容性能要好得多。 6、模擬地與數(shù)字地在PCB與外界連接處進行一點接地。 7、高速規(guī)律電路應(yīng)靠近連接器邊緣，低速規(guī)律電路和存儲器則應(yīng)布置在遠離連接

10、器處，中速規(guī)律電路則布置在高速規(guī)律電路和低速規(guī)律電路之間。 8、電路板上的印制線寬度不要突變，拐角應(yīng)采納圓弧形，不要直角或尖角。 9、時鐘線、信號線也盡可能靠近地線，并且走線不要過長，以減小回路的環(huán)面積。 三、系統(tǒng)布線設(shè)計 印制板設(shè)計出來后，進行試制，焊接調(diào)試，系統(tǒng)裝機，考慮電磁兼容設(shè)計因素，機柜結(jié)構(gòu)、線纜設(shè)計需要留意以下幾個方面： 1、機柜選用電磁屏蔽柜，具有良好的屏蔽性能，很好地對系統(tǒng)進行屏蔽，降低外界電磁干擾對系統(tǒng)的影響。 2、總電源進線選用屏蔽電源線，并加磁環(huán)，屏蔽層在進入機柜處360度接地。 3、對系統(tǒng)外部信號線選用屏蔽線，屏蔽層機柜入口處良好接地。 4、設(shè)備外殼就近接機柜，避開交叉

11、。 5、系統(tǒng)設(shè)置隔離變壓器和ups，保證系統(tǒng)供應(yīng)純潔電源。 6、嚴格將電源線和信號線分開，設(shè)備外殼的各個面之間和各個板子面板之間要良好接觸，接觸電阻要小于0.4歐，越小越好，保證設(shè)備外殼良好接大地，這樣在有靜電釋放時，不會影響到系統(tǒng)的正常工作。 四、系統(tǒng)接地設(shè)計 接地是最有效的抑制騷擾源的方法，可解決50%的EMC問題。系統(tǒng)基準地與大地相連，可抑制電磁騷擾。外殼金屬件直接接大地，還可以供應(yīng)靜電電荷的泄漏通路，防止靜電積累。 1、地線的概念 平安接地 包括愛護接地和防雷接地。 愛護接地 為產(chǎn)品的故障電流進入大地供應(yīng)一個低阻抗通道； 防雷接地 供應(yīng)泄放大電流的通路； 參考接地 為產(chǎn)品穩(wěn)定牢靠工作供

12、應(yīng)參考電平，為電源和信號供應(yīng)基準電位。 平安接地是為了當(dāng)消失一些電氣特別時，為大電流和高電壓供應(yīng)一個泄放的回路，主要是對電路的一種愛護措施。參考地主要是信號地和電源地，是保證電路實現(xiàn)功能的基礎(chǔ)。 2、接地方式 懸浮接地 對一個獨立的與外部沒有接口的系統(tǒng)來說一般也沒有什么問題，但是假如該系統(tǒng)與其他的系統(tǒng)之間存著接口如通訊口和采樣線，那么懸浮接地很簡單受到靜電和雷擊的影響，所以一般電子產(chǎn)品大多不采納懸浮接地。 單點接地 當(dāng)f1MHz時可以選擇單點接地，可分為并聯(lián)單點接地和多級電路串聯(lián)單點接地兩種。 并聯(lián)單點接地：每個電路模塊都接到一個單點地上，每個單元在同一點與參考點相連。 多級電路的串聯(lián)單點接地

13、：將具有類似特性的電路的地連接在一起，形成一個公共點，然后將每一個公共點連接到單點地。 多點接地 當(dāng)f10MHz時會采納多點接地。 設(shè)備中的電路都就近以接地母線為參考點。 單點接地各電路接在同一點，供應(yīng)公共電位參考點，沒有共阻抗耦合和低頻地環(huán)路，但對高頻信號存在較大的地阻抗。多點接地為就近接地，每條地線可以很短，供應(yīng)較低接地阻抗。1MHz10MHz可依據(jù)實際需要選用哪種接地方法。 混合接地 是綜合單點接地與多點接地的優(yōu)點，對系統(tǒng)中的低頻部分采納單點接地，對系統(tǒng)中高頻部分采納多點接地。 信號線屏蔽接地 有高頻和低頻之分，高頻采納多點接地，低頻電纜采納單點接地。低頻電場屏蔽要求在接收端單點接地，低

14、頻磁場屏蔽要求在兩端接地。多點接地，除在兩端接地外，并以3/20或1/10工作波長的間隔接地。 系統(tǒng)做到良好接地，才能有效的抑制電磁干擾，一個大的系統(tǒng)機柜首先要保證每個面接觸良好，接觸緊湊，其次是機柜內(nèi)部設(shè)備要就近接地，避開二次干擾，就近泄放電磁干擾。接口屏蔽線要進行環(huán)接，再就近接機架。機柜下方設(shè)置接地銅排，系統(tǒng)總地線選用銅帶比較好，對電磁干擾進行很好的泄放，保證了系統(tǒng)的正常運行。 電磁兼容測試 系統(tǒng)功能測試，滿意現(xiàn)場功能需要后，進行電磁兼容測試，電磁兼容測試簡單出問題是靜電、群脈沖、浪涌、射頻場傳導(dǎo)等 1、靜電抗擾度檢測 參加了幾個項目的靜電抗擾度檢測，對靜電有肯定熟悉。靜電分為接觸放電和空

15、氣放電，靜電是積累的高壓，當(dāng)接觸到設(shè)備的金屬外殼時會瞬間放電，會影響到電子設(shè)備的正常工作，可能引起設(shè)備故障或重啟，在平安性要求較好的場合這是不允許的。 靜電會影響顯示效果，可能消失顯示閃耀或黑屏，影響正常顯示和操作。靜電還可能引起CPU工作特別，程序死機或重啟。 假如在產(chǎn)品具體設(shè)計階段采納電磁兼容的相關(guān)設(shè)計，做靜電試驗不必過分擔(dān)憂，通過設(shè)計，對靜電積累的電荷進行良好的泄放，不會影響系統(tǒng)的正常工作。 2、電快速瞬變脈沖群抗擾度檢測 電快速瞬變脈沖群是一系列的高頻高壓瞬變脈沖施加在設(shè)備上，觀看設(shè)備是否受到其影響。防護群脈沖主要的方法是“疏導(dǎo)”“堵”，“疏導(dǎo)”就是供應(yīng)泄放回路，是干擾在進入系統(tǒng)之前，

16、泄放至大地，良好的屏蔽層接地，可以泄放大部分動干擾，“堵”是使群脈沖濾除在設(shè)備之外，增加磁環(huán)，效果明顯，封閉磁環(huán)的效果好于對扣磁環(huán)，也可以將磁環(huán)加入到板級中，固定在印制板中，這樣使設(shè)備更牢靠。 對電源線、信號線、通訊線兩端增加磁環(huán)，可以對群脈沖干擾進行防護。 3、雷擊浪涌檢測 雷擊浪涌主要包含兩個方面，一個是電源防雷，一個是信號防雷。 電源防雷主要是針對系統(tǒng)級而言的，系統(tǒng)級設(shè)計要根據(jù)三級防雷設(shè)計，總電源進入端設(shè)置電源防雷（如OBO公司的V20-C/3-PH 385），可以對系統(tǒng)的電源進行一級防護，電源經(jīng)過電源防雷后，進入隔離變壓器，隔離變壓器可以對電磁干擾信號進行較好的防護，抑制其對系統(tǒng)的影響

17、。后進入UPS，UPS可以濾除一部分干擾信號，這樣電源再進入系統(tǒng)設(shè)備，電源是一種純潔的電源，可以使系統(tǒng)更好、更牢靠的工作。 圖2：系統(tǒng)電源部分設(shè)計示例。 信號防雷是對系統(tǒng)的信號通路進行防護，主要涉及的是板級設(shè)計，在板級設(shè)計中增加防雷器件，如氣體放電管，增加TVS泄放回路，當(dāng)有大電流時通過配套電阻和TVS、氣體放電管泄放，對后級電路起到愛護作用。而后信號進行光電隔離，再進入系統(tǒng)，系統(tǒng)可以采集到一個穩(wěn)定的信號，使系統(tǒng)正常分析推斷，正常發(fā)出指令，正常工作。另一方面就是設(shè)計較寬的信號范圍，信號正常波動時，系統(tǒng)正常工作。 4、射頻場感應(yīng)傳導(dǎo)的抗擾度檢測 射感試驗可能會對顯示信號、采集驅(qū)動等造成影響，可能使顯示閃耀或黑屏，影響設(shè)備操作，可能使采集驅(qū)動工作特別，采集不到需要的信號，無法驅(qū)動現(xiàn)場設(shè)備。 射頻試驗是0.15k80M頻率范圍內(nèi)對信號線、電源進行干擾，3級強度