電磁兼容性（EMC）三要素：干擾源、敏感源、耦合路徑。

任何電磁兼容性方面的問題都包括上述的三要素。解決電磁兼容性方面的問題只要解決了3個(gè)要素中的1個(gè)，電磁兼容性方面的問題就不會(huì)存在了。因此，大家在解決電磁兼容問題必須從這三要素著手進(jìn)行分析，查找問題的所在，根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)癥下藥，消除問題。

       在用電設(shè)備中，凡是有電壓或電流突變的場(chǎng)合，肯定會(huì)有電磁兼容性方面的問題存在。這就使電磁兼容設(shè)計(jì)成為電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的一項(xiàng)重要的內(nèi)容。電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師若不了解電磁兼容設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容，就無法設(shè)計(jì)出符合電磁兼容要求的合格產(chǎn)品。

 

 

設(shè)計(jì)工程師必須具備的因素：

1了解電磁兼容的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

2能根據(jù)市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的定義和要求，運(yùn)用電磁兼容方面的相關(guān)知識(shí)設(shè)計(jì)產(chǎn)品。

3熟悉電磁兼容的相關(guān)設(shè)備，并能對(duì)其進(jìn)行操作。

4能根據(jù)測(cè)試的結(jié)果，理論結(jié)合實(shí)際，找出問題，解決問題。

對(duì)PCB設(shè)計(jì)工程師要求是:

 1熟悉電路原理，知道PCB設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)。

2熟悉PCB的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

3結(jié)果良好的PCB設(shè)計(jì)，滿足EMC的要求，可以加快產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)度，節(jié)約成本。

通常產(chǎn)品中PCB的設(shè)計(jì)方法對(duì)該產(chǎn)品的EMC特性有很大的影響，其中影響最大的主要是布局與地線，如果在設(shè)計(jì)的初期就考慮到布局與地線的解決，那么這將是一種最廉價(jià)和最有效的解決問題的方法。

 

EMC對(duì)符合性電器設(shè)備的要求有兩方面:

1好的電器設(shè)備工作時(shí)不會(huì)對(duì)外界產(chǎn)生不良的電磁干擾影響。

2好的電器設(shè)備自身不能對(duì)外界的電磁干擾過度敏感。

前者稱對(duì)外干擾發(fā)射，后者稱對(duì)自我敏感度或抗干擾。

 

EMC傳播途徑:

（即電磁能量從設(shè)備內(nèi)傳出或從外界傳入設(shè)備的途徑）

1以電磁波的形式空間傳播。

2以電流的形式沿導(dǎo)線傳播。

因此就分為：傳導(dǎo)發(fā)射，輻射發(fā)射；傳導(dǎo)敏感度，輻射敏感度。

各種電磁兼容測(cè)試均包括以上四類。

 

解決產(chǎn)品EMC的方法和手段

 

電磁屏蔽

電磁屏蔽通常是解決EMC問題的重要手段之一。絕大部分的產(chǎn)品的EMC問題均可通過電磁屏蔽得到解決和改善，而且最大的好處是不用影響電氣電路地正常工作，也不需要對(duì)電路做任何修改。從而達(dá)到解決問題。

我們?cè)瓉斫y(tǒng)稱電磁場(chǎng)包括電場(chǎng)和磁場(chǎng)。電磁場(chǎng)影響也就包括電場(chǎng)和磁場(chǎng)影響，

解決的時(shí)候需分清是電場(chǎng)影響還是磁場(chǎng)影響，方能對(duì)癥下藥，通常電場(chǎng)的影響易屏蔽，磁場(chǎng)的影響很難屏蔽。例如我們的一些產(chǎn)品通常會(huì)在敏感部位加上金屬屏蔽罩，這對(duì)高頻電場(chǎng)起到關(guān)鍵的作用。而整機(jī)則采用金屬外殼或塑料外殼噴涂金屬層。

一:電原理設(shè)計(jì)

盡量選用低速或高抗擾度的器件。

選用高質(zhì)量的無干擾的電源或器件。

合理的選用看門狗電路。

對(duì)于某些CPU上電程序初試化或掉電時(shí)，I/O口狀態(tài)不確定的，需加上拉或下拉鎖住。

對(duì)于設(shè)計(jì)時(shí)多余的門或I/O口需接死，不能懸空。（？）

二:PCB設(shè)計(jì)

良好的PCB LAYOUT 對(duì)EMC的幫助：

一．         電路的布局

1設(shè)計(jì)時(shí)必須結(jié)合相應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行劃分，工控儀表通常要根據(jù)電路的工作頻率、工作電壓、模擬部分、數(shù)字部分、電源部分等劃分，將不同性質(zhì)的電路分別布置在PCB板的不同區(qū)域內(nèi)，使干擾電路和敏感電路遠(yuǎn)離，同時(shí)要兼顧機(jī)械結(jié)構(gòu)的可設(shè)計(jì)性或操作性。

2布局在不同區(qū)域的電路必須使用不同的地線，不同的底線則根據(jù)實(shí)際情況采用單點(diǎn)接地還是多點(diǎn)接地連接在一起。

良好的布局IC的精心放置保證各IC間信號(hào)實(shí)現(xiàn)短連接將會(huì)給后面的EMC打好良好的基礎(chǔ)，也是非常重要的。

 

二．         地線系統(tǒng)

良好的地線設(shè)計(jì)系統(tǒng)并不會(huì)增加任何成本，而90%的EMC問題均是由于地線設(shè)計(jì)不當(dāng)造成的。而地線的含義就是“電流能夠流回源頭的一條低阻抗的路徑”這也就說電流的流動(dòng)對(duì)低阻抗回路的要求是嚴(yán)格的。反映在高頻電路中是非常適合的，我們通常發(fā)現(xiàn)在>500MHZ以上就很明顯。若我們將地線回路設(shè)計(jì)的足夠小，則感應(yīng)的電壓也就很小，因此，設(shè)計(jì)時(shí)要將地線設(shè)計(jì)的盡量緊湊。

1單點(diǎn)接地

主要是消除系統(tǒng)中公共阻抗偶合和低頻大功率的地環(huán)路的影響。這在系統(tǒng)中應(yīng)用在A/D部分地和數(shù)字部分地及機(jī)殼地上，將其匯總在電源輸入的進(jìn)端。

2多點(diǎn)接地

主要是避免由于單純單點(diǎn)接地在高頻處帶來的影響（減少了地阻抗產(chǎn)生的共模電壓）。這應(yīng)用在我們系統(tǒng)中數(shù)字電路和高頻大信號(hào)的電路中。

3混合接地

主要是使用電抗性的器件，使接地系統(tǒng)在低頻和高頻時(shí)呈現(xiàn)不同的特性。通常我們?cè)谝恍┟舾须娐分杏玫健?/span>

總結(jié)一下：當(dāng)頻率《10MHZ是盡量用單點(diǎn)接地，而當(dāng)頻率高于100MHZ上時(shí)必須采用多點(diǎn)接地。如由于多點(diǎn)接地形成的地環(huán)路，而產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的影響，則須考慮混合接地。

 

三．         信號(hào)線布線

信號(hào)線的布線也非常重要，需仔細(xì)考慮周到。

1走線呈45°角或圓角，拐角不要呈90°。

2高速時(shí)鐘線要短；要遠(yuǎn)離I/O端口；最好在同一層面上，不要換層；拐角呈45°角或圓角。

3I/O接口上使用獨(dú)立的地線，為濾波和屏蔽層提供干凈的地。

4I/O接口上的濾波器盡可能的靠近接插件的進(jìn)出口.

5對(duì)于顯示驅(qū)動(dòng)或其他驅(qū)動(dòng)IC須靠近相應(yīng)的接插件

6對(duì)于關(guān)鍵的信號(hào)線，如時(shí)鐘線最好有屏蔽地包絡(luò)，對(duì)于一些A/D部分的信號(hào)線通常也需要用屏蔽包絡(luò)。

7對(duì)于高速數(shù)據(jù)線或地址線需保持走線長度的一致性，防止因長短不一，造成時(shí)序的延遲。

8平行的高速線需保持一定的走線寬度，防止平行線間的相互串?dāng)_。通常至少要有8mil。

9對(duì)于大電流的信號(hào)或電源線需保持一定的線寬，留有一定走線間隔。

10對(duì)于多層板，可將一些關(guān)鍵線走在中間層，底層和頂層敷上大面積的敷銅。

11通常在PCB板上對(duì)A/D或敏感部位可加屏蔽罩進(jìn)行局部屏蔽，而對(duì)于進(jìn)出屏蔽罩的信號(hào)可采用穿心電容或T型的濾波器。

而屏蔽盒與PCB板面地線應(yīng)大面積且可靠的接觸在一起。

12地線敷銅采用完整地或網(wǎng)格地。

13磁珠盡可能靠噪聲源放置。

14對(duì)外I/O口上盡可能串上35~50Ω的電阻。

15工業(yè)設(shè)計(jì)中電纜或?qū)Ь€中每8個(gè)信號(hào)中必須加入一條地線，若高速中則因在加入一條地線。

16使干擾電路和敏感電路相對(duì)遠(yuǎn)離。

17減小地線回路面積。

18使走線和器件引線最短。

19合理的使用單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地、混合接地。

20 PCB板上走線與外殼間距應(yīng)大于3mm。

 

 

PCB走線通常與個(gè)人的習(xí)慣有關(guān)，即不同人員認(rèn)識(shí)不同設(shè)計(jì)出的PCB也是不同的，但主要的目標(biāo)還是確保產(chǎn)品能順利通過EMC的測(cè)試，只是由于經(jīng)驗(yàn)需通過時(shí)間和實(shí)踐的積累。

 

通常若單方面要求良好的PCB設(shè)計(jì)來使整個(gè)產(chǎn)品通過EMC的測(cè)試是不現(xiàn)實(shí)的，其中應(yīng)該有良好的機(jī)械結(jié)構(gòu)、細(xì)致的電氣原理、完善的軟件程序。下面將軟件的一些注意事項(xiàng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的討論。

 

 

三:機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)EMC的影響較大，所以良好的結(jié)構(gòu)位置布局將會(huì)明顯改善EMC的測(cè)試，因而在設(shè)計(jì)初期時(shí)電氣和機(jī)械需共同討論結(jié)構(gòu)方案達(dá)成統(tǒng)一意見。

一    對(duì)于金屬外殼：

1機(jī)箱搭接處阻抗不宜過大，即上下蓋需要大面積可靠的接觸在一起。

2機(jī)箱上不易開過多的開口或過大的開口，這主要是孔洞或縫隙處的阻抗較大，靜電放電電流頻率很高，易產(chǎn)生電磁場(chǎng)的輻射。盡可能的使機(jī)箱為一完整的機(jī)箱，如果條件允許可在開口處采用屏蔽措施，例如加屏蔽網(wǎng)等。

3如果選用屏蔽電纜，應(yīng)考慮在機(jī)箱上留有屏蔽電纜的安裝位置，需可靠搭接在一起。

二    對(duì)于非金屬外殼：

1增強(qiáng)絕緣，防止直接放電。例如鍵盤部位。

2對(duì)于外露的金屬接口或部件，需與屏蔽地連接，形成良好的靜電放電回路。例如RS232、RS485、RS422、以太網(wǎng)接口、錢箱鎖等。目的使靜電直接泄放掉。

3可考慮在PCB板后加一屏蔽紙，屏蔽紙與地可靠連接，起到隔離層的作用，但注意不能與PCB板上的地進(jìn)行連接。

4外殼噴涂金屬漆。

 

 

而我們所做的是人機(jī)對(duì)話的儀表，往往帶有顯示窗口和不同的接口，孔洞和縫隙較多，并不能做的象密封罐，而電磁場(chǎng)干擾無孔不入。所以也不能過分依賴設(shè)備結(jié)構(gòu)一定解決剩余EMC的影響。

 

 

四:軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

 

防護(hù)性軟件方面：

通常在硬件和機(jī)械結(jié)構(gòu)無計(jì)可施的情況下，可通過對(duì)軟件進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)，同樣能起到解決預(yù)防的效果。例如:我們會(huì)發(fā)現(xiàn)在靜電作用后設(shè)備CPU不工作了，顯示亂碼了等等，這時(shí)候我們可以通過軟件進(jìn)行軟復(fù)位或?qū)︼@示進(jìn)行初始化。

典型的軟件技術(shù)包括：

1所有輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行類型和范圍檢查

2對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行多次采樣比較；對(duì)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行平均計(jì)算；對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)處理。

3對(duì)所有數(shù)據(jù)傳輸中，加入奇偶校驗(yàn)和。

4對(duì)于存儲(chǔ)器FLASH、SRAM、EEPROM中數(shù)據(jù)區(qū)可開辟一些存儲(chǔ)單元，將關(guān)鍵的數(shù)據(jù)放置在這些單元中，每個(gè)單元有存儲(chǔ)在里面的“校驗(yàn)和”保護(hù)，一旦診斷出錯(cuò)，隨時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，保護(hù)數(shù)據(jù)塊。

5可能時(shí)盡量使用電平觸發(fā)，避免使用沿觸發(fā)。

6周期性的對(duì)一些可編程接口芯片初始化。如可編程I/O端口、UART等。

 

一個(gè)合格的產(chǎn)品從最初的市場(chǎng)定義到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、原理設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)各方面都必需要站在EMC的角度上綜合考慮問題。

 

 

EMC并非象套用公式就能解決的，經(jīng)驗(yàn)的積累的是很重要的。所以將所做過的KNOWHOW整理出來，提供給大家，使大家在設(shè)計(jì)的初期增加EMC的防范、產(chǎn)品測(cè)試過程中，有一些解決的思路可供參考。

由于提供KNOWHOW并非全面，也并非對(duì)每個(gè)產(chǎn)品一定適用。但是可以給大家在找不到方向和出路時(shí)提供一些線索和幫助。

 

 

 

沒電路,沒圖