電子設(shè)備的電磁兼容及解決對策

羅 迪 蘇升力 韓貴春 李榮東 鄶 娟

（大連光洋科技工程有限公司，遼寧大連 116600）

1 電磁兼容的定義

設(shè)備、分系統(tǒng)和系統(tǒng)在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)。即:該設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)不會由于受到處于同一電磁環(huán)境中其他設(shè)備的電磁發(fā)射導致或遭受不允許的性能降低;它也不會使同一電磁環(huán)境中其他設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)因受其電磁發(fā)射而導致或遭受不允許的性能降低。

2 電磁干擾的分類

按干擾源分類，分為外部干擾和內(nèi)部干擾。外部干擾又分為自然干擾和人為干擾。具體關(guān)系可通過圖1來反映。

各種形式的電磁干擾是影響電子設(shè)備電磁兼容性的主要因素，因此，它是電磁兼容性設(shè)計中需要研究的重要內(nèi)容。

（1）外部干擾 是指電子設(shè)備或系統(tǒng)以外的因素對線路、設(shè)備或系統(tǒng)的干擾，包括以下幾種:①外部的高電壓、電源通過絕緣漏電而干擾電子線路、設(shè)備或系統(tǒng);②外部大功率設(shè)備在空間產(chǎn)生很強的磁場，通過互感耦合干擾電子線路、設(shè)備或系統(tǒng);③空間電磁波對電子線路或系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾;④工作環(huán)境溫度不穩(wěn)定，引起電子線路、設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部元器件參數(shù)改變造成的干擾;⑤由工業(yè)電網(wǎng)供電的設(shè)備和由電網(wǎng)電壓通過電源變壓器所產(chǎn)生的干擾。

（2）內(nèi)部干擾 是指電子設(shè)備內(nèi)部各元部件之間的相互干擾，包括以下幾種:①工作電源通過線路的分布電容和絕緣電阻產(chǎn)生漏電造成的干擾（與工作頻率有關(guān)）;②信號通過地線、電源和傳輸導線的阻抗互相耦合，或?qū)Ь€之間的互感造成的干擾;③設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部某些元件發(fā)熱，影響元件本身或其他元件的穩(wěn)定性造成的干擾;④大功率和高電壓部件產(chǎn)生的磁場、電場通過耦合影響其他部件造成的干擾。

3 電磁干擾的傳播途徑

電磁干擾傳播途徑一般也分為兩種:傳導干擾方式和空間干擾方式?？臻g干擾主要包括輻射耦合干擾和感應干擾（圖2）。

任何電磁干擾的發(fā)生都必然存在干擾能量的傳輸和傳輸途徑（或傳輸通道）。通常認為電磁干擾傳輸有兩種方式:一種是傳導傳輸方式;另一種是空間傳輸方式。因此從被干擾的敏感器來看，干擾耦合可分為傳導耦合和空間（輻射）耦合兩大類。

傳導傳輸必須在干擾源和敏感器之間有完整的電路連接，干擾信號沿著這個連接電路傳遞到敏感器，發(fā)生干擾現(xiàn)象。這個傳輸電路可包括導線，設(shè)備的導電構(gòu)件、供電電源、公共阻抗、接地平板、電阻、電感、電容和互感元件等。

輻射傳輸是通過介質(zhì)以電磁波的形式傳播，干擾能量按電磁場的規(guī)律向周圍空間發(fā)射。常見的輻射耦合有3種:①甲天線發(fā)射的電磁波被乙天線意外接受，稱為天線對天線耦合;②空間電磁場經(jīng)導線感應而耦合，稱為場對線的耦合;③兩根平行導線之間的高頻信號感應，稱為線對線的感應耦合。

在實際工程中，兩臺設(shè)備之間發(fā)生干擾通常包含著許多種途徑的耦合。正因為多種途徑的耦合同時存在，反復交叉耦合，共同產(chǎn)生干擾，才使電磁干擾變得難以控制。

4 電磁兼容的解決對策

4．1 接地

接地是指整個電路系統(tǒng)中的所有單元電路都通過機殼連接大地，使整個系統(tǒng)有一個公共的參考零電位，保證電路系統(tǒng)能穩(wěn)定地工作。

接地能夠有效防止外界的電磁場干擾。機殼接地可以使得由于靜電感應而積累在機殼上的大量電荷通過大地泄放，否則這些電荷形成的高壓可能引起設(shè)備內(nèi)部的火花放電而造成干擾甚至是器件的損壞。另外，對于電路的屏蔽體，若選擇合適的接地，也可獲得良好的屏蔽效果。

當發(fā)生直接雷電的電磁感應時，可避免電子設(shè)備的毀壞;當工頻交流電源的輸入電壓因絕緣不良或其他原因直接與機殼相通時，可避免操作人員的觸電事故發(fā)生。

因此，接地是抑制噪聲防止干擾的主要方法。接地也可以理解為一個等電位點或等電位面，是電路或系統(tǒng)的基準電位，但不一定為大地電位。為了防止雷擊可能造成的損壞和工作人員的人身安全，電子設(shè)備的機殼和機房的金屬構(gòu)件等，必須與大地相連接，而且接地電阻一般要很小，不能超過規(guī)定值。

電路的接地方式基本上有3類，即單點接地、多點接地和混合接地。單點接地是指在1個線路中，只有1個物理點被定義為接地參考點。其他各個需要接地的點都直接接到這一點上。多點接地是指某一個系統(tǒng)中各個接地點都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引線的長度最短。接地平面，可以是設(shè)備的底板，也可以是貫通整個系統(tǒng)的地導線，在比較大的系統(tǒng)中，還可以是設(shè)備的結(jié)構(gòu)框架等等?；旌辖拥厥菍⒛切┲恍韪哳l接地點，利用旁路電容和接地平面連接起來。但應盡量防止出現(xiàn)旁路電容和引線電感構(gòu)成的諧振現(xiàn)象。

4．2 屏蔽

屏蔽就是對兩個空間區(qū)域之間進行金屬的隔離，以控制電場、磁場和電磁波由一個區(qū)域?qū)α硪粋€區(qū)域的感應和輻射。具體講，就是用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個系統(tǒng)的干擾源包圍起來，防止干擾電磁場向外擴散;用屏蔽體將接收電路、設(shè)備或系統(tǒng)包圍起來，防止它們受到外界電磁場的影響。

因為屏蔽體對來自導線、電纜、元部件、電路或系統(tǒng)等外部的干擾電磁波和內(nèi)部電磁波均起著吸收能量（渦流損耗）、反射能量（電磁波在屏蔽體上的界面反射）和抵消能量（電磁感應在屏蔽層上產(chǎn)生反向電磁場，可抵消部分干擾電磁波）的作用，所以屏蔽體具有減弱干擾的功能。

4．3 PCB的電磁兼容設(shè)計

（1）盡量減小每個回路的有效面積

傳導干擾分差模干擾和共模干擾兩種。先來看看傳導干擾是怎么產(chǎn)生的。如圖3所示，回路電流產(chǎn)生傳導干擾。這里面有好幾個回路電流，我們可以把每個回路都看成是一個感應線圈，或變壓器線圈的初、次級，當某個回路中有電流流過時，另外一個回路中就會產(chǎn)生感應電動勢，從而產(chǎn)生干擾。減少干擾的最有效方法就是盡量減小每個回路的有效面積。

（2）屏蔽、減小各電流回路面積及帶電導體的面積和長度

如圖4 所示，e1、e2、e3、e4為磁場對回路感應產(chǎn)生的差模干擾信號;e5、e6、e7、e8為磁場對地回路感應產(chǎn)生的共模干擾信號。共模信號的一端是整個線路板，另一端是大地。線路板中的公共端不能算為接地。不要把公共端與外殼相接，除非機殼接大地，否則，公共端與外殼相接，會增大輻射天線的有效面積，共模輻射干擾更嚴重。降低輻射干擾的方法，一個是屏蔽，另一個是減小各個電流回路的面積（磁場干擾）和帶電導體的面積及長度（電場干擾）。

（3）采用雙線傳輸和阻抗匹配

如圖5所示，兩根相鄰的導線，如果電流大小相等，電流方向相反，則它們產(chǎn)生的磁力線可以互相抵消。對于干擾比較嚴重或比較容易被干擾的電路，盡量采用雙線傳輸信號，不要利用公共地來傳輸信號，公共地電流越小干擾越小。當導線的長度等于或大于1/4波長時，傳輸信號的線路一定要考慮阻抗匹配，不匹配的傳輸線會產(chǎn)生駐波，并對周圍電路產(chǎn)生很強的輻射干擾。

電磁兼容是一項復雜的系統(tǒng)工程，同樣的設(shè)計及防護在不同環(huán)境中的效果會有很大的差別。這就需要在各自系統(tǒng)的實際工作環(huán)境中，從原理及實踐中不斷地摸索和總結(jié)，去尋求解決之道。