电磁兼容设计要点与设计注意事项浅析

电磁兼容设计要点与设计注意事项浅析

车伟明

松下万宝美健生活电器 ( 广州 ) 有限公司 广东广州 510000

摘要：电磁兼容性也被称作EMC，电磁兼容性存在问题会直接影响电子设备或系统的可靠性使用。在本文当中，主要概述电磁兼容的基本概念，并提出电磁兼容设计要点以及注意事项，并结合屏蔽、滤波、接地等相关的EMC问题处理方式，配合电路设计，完善产品的结构。

关键词：电磁兼容；电磁干扰；设计要素；注意事项

引言：电磁兼容性设计不仅可以满足现代各种电子信息设备所需的高性能要求，同时也可以保持设备在电磁环境当中具有良好的工作状态。因此为了规避由于缺少电磁兼容性设计所引发的干扰问题。就需要在电子设备结构设计当中，着重考虑电磁兼容性设计问题。

一、电磁兼容的基本概念

电磁兼容性 EMC。电磁兼容性主要指的是在同一个电磁环境当中，所有的设备可以共同发挥自身的功能，从而达到一种共存的状态。在相同的环境当中不会发生不允许降级现象；电磁干扰 EMI。电磁干扰是一种由于电磁骚扰所导致的设备传输通道以及系统性能下降的电磁现象。一般抑制电磁干扰，可以从以下三个基本要素入手：第一是电磁干扰源，二是传输通道或耦合途径，三是敏感设备；辐射发射 RE。 在空间传播的作用下所形成的电池容量，既可以是有用的，也可以是不希望有的；传导发射 CE 。其电磁发射需要借助电源或者是信号线进行传输；电磁敏感度EMS。最主要指的是如果设备处在比较敏感的电磁环境当中，所出现的响应程度所形成的敏感度量；辐射敏感度RS。对造成设备性能的降低的辐射骚扰场的度量；传导敏感度CS。骚扰信号通过传导的方式进入低设备性能所引起的电流电压度量^[1]。

三、电磁兼容设计要点及注意事项

（一）地线设计

在地线设计的过程当中，当电流经过地线时，会形成电阻以及电扰，并且在压降的作用下，地电压电位会在地线中此起彼伏。当不同的电路之间存在信号联系，并进行多点接地时，负载端叠加有信号连线共模电流及有用信号，便构成地环路干扰电压。但需要注意的是，每根线上所分布的电流不平衡，环路干扰电压会转变为差模干扰电压。因此，为了保证电路的正常使用，可应用切断地环路方式规避地环路干扰问题。其切断方式主要包含以下几种：第一，在电路处于低频率状态时，可以运用绝缘机壳及信号线之间产生的浮地，减弱电路干扰现象。此外，为防止环路电压转换，可用平衡电路将共模电流均匀分布于信号线中；第二，可借助隔离变压器、光电耦合器等辅助设备，将其应用于不同电路之间，削弱环路干扰电压；第三，为规避由于地环路干扰所产生的高频共模电流，一方面可以将铁氧体磁环套在电缆外围，另一方面也可以安装滤波器连接器于屏蔽机壳，通过连接器插孔上所独有的低通滤波器，清除高频共模电流^[2]。

此外，地线设计的步骤为三步：第一对产品内部不同电路单元的骚扰特性和抗骚扰能力，例如工作电平、信号类型等进行重点分析；第二，根据地线种类的不同，进行骚扰源地线、机壳地线等不同种类的划分；第三，结合上述一、二步骤的分析及种类，绘制总体布局图和地线系统图。

（二）印刷电路板的EMC设计

1.电源的EMC设计

(1)电源滤波和滤波电路(器件)的位置

其位置的摆放，需注意以下几点：第一，滤波电路的位置摆放分为两种情况，一种是整块单板，其二是器件和单元电路的摆放。前者须摆放在单板入口处，而后者则需按照就近原则，放于器件和电路旁边；第二，单独摆放滤波器件的状况只存在于敏感电路、干扰源电路中。

（2）电源层(或线)的设计

首先，需将电源线要和地线按照并排的顺序排列走线，规避电源的输人输出线、信号线和电源线就近平行走线所引起的增大环流面积现象；其次，信号线采取平面走线的方式，可缩小电源跟对应信号之间的大环路，保持单元电路信号稳定；再次，低电感电容可用来连接不同电源面，一般适合运用在拥有多数电源平面的电源层；关型电源模块是干扰印刷电路板的主要因素，对其进行安装，需注意线路的合理布置。

2.印刷电路板布局

第一，布局印刷电路板需给予数字电路与模拟电路、敏感电路、干扰源电路等不同电路各自的布局空间；第二，缩短高速信号走线、大电流信号走线等信号线长度；第三，不同的电路以及器件需根据功能的不同，选择匹配的位置进行就近摆放。如电源附近安置高频率电路、敏感电路，负载位置及接口位置放置驱动器件及接口器件；第四，与印刷电路板大电流、高速信号线关联度低的电感及器件位置的摆放，应当遵循远离放置、就近平行放置原则。

（三）设备结构的EMC设计

第一，需合理设计设备公共接地母线；第二，为规避不同模块之间的干扰问题，需合理分布不同功能模块位置；第三，设备电源、对外接口、内部模块之间的走线、布局、位置等需进行妥善的布置。

三、电磁兼容性在结构设计中的方法

（一）屏敝

通过电磁屏蔽技术，可以防止内部辐射外泄，外来辐射入侵问题，切断电磁波的传播。

1.设计要点

屏蔽板接地且需邻近被屏蔽元件，获取大容量电容，形成良好的屏蔽效果。此外，屏蔽板的材质可选用铝、铜或者铁原料，设计合理的形状以及厚度，满足高效能屏蔽要求。

2.有关孔和缝的屏敝设计

（1）屏敝体上孔的屏敝设计

第一，金属丝网成本低廉，结构简约，因此将其覆盖在开孔上，匹配最小的网孔，加强密度，选取正确的安装方式，清除不良导电物质，可以产生良好的屏蔽效能以及导电性；第二，通风孔可用穿孔金属板进行替换，大孔换小孔，并将孔打在屏蔽体上；第三，金属丝网和穿孔金属板的屏敝效能只能在100MHz 的频段下发挥良好效用，因此高频段需安装截止式通风波导，满足高屏蔽效能需求。

2. 屏敝体上缝的屏敝设计

杜绝缝隙屏蔽，需从以下几点入手：第一，低于20dB／1GHZ 的场合，为发挥优越屏蔽作用，可运用螺钉、铆钉、点焊等紧固点方式；第二，缝隙安装屏蔽材料，主要原因包括限制紧固点使用数量、连接门拉手条等缝隙、紧固点加固的方式无法满足高于20dB／1GHZ以上的场所，便需要御用填充的方式，满足屏蔽。

（二）滤波

首先，需要注意的是滤波尽管可以降低干扰源、干扰源频谱分量影响电路元器件，但是还需将其外壳连接于设备接地点上，在穿心电容、三端电容、铁氧化体磁环的帮助下，修缮电路特征^[3]。

（三）接地

电磁兼容接地技术包含单点接地、多点接地、混合接地系统、悬浮接地系统等。其主要作用在于将回路以及基准单位提供给电源与信号。此外，安全接地以及工作接地都属于接地目的范畴。与此同时，后者与信号质量的优劣有着密切关联。前者指的是在保护人身安全的基础上，保证设备金属外壳与大地连接的安全性，保障设备不被损坏；而后者在于将参考平面提供给如单板、木板等，同时也可以作为提供低阻抗给到信号回流的主要通道。

（四）工艺布局合理性

布置设备单元相对位置、电缆走线等都隶属于工艺布局布置范畴。在削弱电磁干扰的同时，促使感受器、输入输出远离干扰源。此外，高、低频电缆线以及脉引线不要捆绑在一起，线路外围不要直接暴露在空气中，并且需在导线外侧套屏蔽网，以免干扰性强、辐射性大的信号影响导线信号^[4]。

四、结论

综上所述，设计产品的电磁兼容性需要从印刷电路板、地线、电源等多方面进行综合的考量与设计，注意相关设计要点与要素，并采取屏蔽、滤波、接地等举措，合理布局线路走线，解决电磁兼容性设计难题。

参考文献：

[1]邱成悌，赵惇殳，蒋全兴.电子设备结构设计原理[J].南京：东南大学出版社，2001（05）：70.

[2]苟秀娟.低压电力载波通信与加热类电 器的电磁兼容性研究[D].北京化工大 学,2015.

[3]许中璞.低压电力载波通信与电网及电机 类家电电磁兼容性研究[D].北京化工大学,2015.

[4]宋昆薛，耀锋，张波.复杂电磁环境下的装备电磁兼容性[J].四川兵工学报，2014,35（12）:38-41+66.