嵌入式系統(tǒng)的電磁兼容性設(shè)計(jì)

　　在高頻數(shù)字系統(tǒng)中，當(dāng)電路1工作時(shí)，會(huì)在回路公共阻抗上產(chǎn)生高頻數(shù)字噪聲，該噪聲在電路2的回路中使地線“飄動(dòng)”。不穩(wěn)定的地線將嚴(yán)重降低運(yùn)算放大器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器等電路的性能。削弱電源系統(tǒng)共阻抗耦合的措施主要有以下2個(gè)：
(1)降低接入阻抗
　　電源線的布線要根據(jù)電流的大小，盡量加大導(dǎo)線的寬度，使電源線、地線的走向與信號(hào)傳輸方向一致，減少存在噪聲的單元和其他單元之間公共電源阻抗，有助于增強(qiáng)抗噪聲的能力。電路板要按功能分區(qū)，各分區(qū)電路地線相互并聯(lián)，一點(diǎn)接地。當(dāng)電路板上有多個(gè)電路單元時(shí)，應(yīng)使各單元有獨(dú)立的地線回路，各單元集中一點(diǎn)與公共地相連。這樣各自產(chǎn)生的噪聲電流不會(huì)流入其他單元，避免相互串?dāng)_。
(2)使用去耦電容
　　嵌入式系統(tǒng)印制板上一般都有多個(gè)集成電路，其中某些高速大功率器件，地線上會(huì)出現(xiàn)很大的噪聲電壓。抑制噪聲的方法是在各集成器件的電源線和地線間接入去耦電容，以縮短開關(guān)電流的流通途徑，降低電阻壓降。
2．2　場干擾
　　電磁騷擾通過空間傳播實(shí)質(zhì)上是騷擾能量以場的形式向四周傳播。場分為近場和遠(yuǎn)場。近場又稱感應(yīng)場，如果場源是高電壓小電流的源則近場主要是電場，如果場源是低電壓大電流的源則近場主要是磁場。無論場源是什么性質(zhì)，當(dāng)離場源距離大于λ/2π以后的場都變成了遠(yuǎn)場，又稱輻射場。對(duì)于距離較遠(yuǎn)的系統(tǒng)間的電磁兼容問題，一般都用遠(yuǎn)場輻射來分析。對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)，特別是同一設(shè)備內(nèi)的問題基本上是近場耦合問題。
2．2．1　遠(yuǎn)場輻射
　　騷擾源向周圍空間的輻射發(fā)射需要根據(jù)天線與電波傳播理論來計(jì)算，下面主要介紹微機(jī)系統(tǒng)中常見的幾種輻射方式。
(1)單點(diǎn)輻射
單點(diǎn)輻射主要指各向同性的較小的騷擾源。
(2)平行雙線環(huán)路的輻射
設(shè)平行雙線環(huán)路中流有差模電流，并設(shè)線路長度l≤λ/4，其輻射應(yīng)為：

其中：E為電場強(qiáng)度(V/m)；I為電流強(qiáng)度，(A)；S為環(huán)路面積(m²)，r為到發(fā)射源的距離(m)；λ為波長(m)。
　　如果印制板上有多條高頻率長軌線則可能產(chǎn)生嚴(yán)重的輻射。由式(3)可知減小信號(hào)環(huán)路的面積可以減小輻射，或者增加信號(hào)的最大波長，這可以通過延長信號(hào)的上升時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。同樣當(dāng)供電電源環(huán)路中有高頻電流流過時(shí)，電源環(huán)路也是很好的輻射源，所以應(yīng)該在高頻噪聲源處加去耦電容，給噪聲一條高頻旁路，以免流人電源環(huán)路，產(chǎn)生輻射。
(3)單導(dǎo)線輻射
　　當(dāng)平行雙線環(huán)路中環(huán)路面積足夠小時(shí)，其差模電流產(chǎn)生的輻射可以忽略，而共模電流產(chǎn)生的輻射將成為主要因素，稱為單導(dǎo)線輻射。
(4)感應(yīng)
　　周圍空間的騷擾電場和磁場都會(huì)在閉合環(huán)路中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，從而對(duì)環(huán)路產(chǎn)生干擾。閉合環(huán)路產(chǎn)生的感應(yīng)電壓于環(huán)路面積成正比，環(huán)路面積越大感應(yīng)電壓越大，所以要避免外界噪聲場的干擾應(yīng)盡量減小環(huán)路面積。同時(shí)還可看到頻率越高產(chǎn)生的感應(yīng)電壓也越大，即高頻噪聲容易對(duì)環(huán)路產(chǎn)生干擾。
2．2．2　近場耦合
　　同一設(shè)備內(nèi)各部分電路之間距離較近的相互干擾常用近場耦合的方式處理。近場條件是離騷擾源的距離小于λ/2π。近場有電場和磁場，通常把騷擾源通過電場的耦合看成是電容耦合，通過磁場的耦合看成是互感耦合。對(duì)于近場耦合主要采取屏蔽的方法來減小耦合程度。
　　(1)電場屏蔽　使用接地的金屬體包裹或隔離信號(hào)傳輸線，金屬體可以是很薄的金屬箔，但必須要有良好的接地。
　　(2)磁場屏蔽　在磁場頻率比較低時(shí)(100 kHz以下)，通常采用鐵磁性材料如鐵、硅鋼片、坡莫合金等進(jìn)行磁場屏蔽。鐵磁性物質(zhì)的磁導(dǎo)率很大，所以可把磁力線集中在其內(nèi)部通過。高頻磁場屏蔽材料采用金屬良導(dǎo)體，例如銅、鋁等。當(dāng)高頻磁場穿過金屬板時(shí)在金屬板上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，由于金屬板的電導(dǎo)率很高，所以產(chǎn)生很大的渦流，渦流又產(chǎn)生反磁場，與穿過金屬板的原磁場相互抵消，同時(shí)又增加了金屬板周圍的原磁場。總的效果是使磁力線在金屬板四周繞行而過。

3　結(jié)語
　　本文從基本的電磁兼容原理開始，討論了嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的電磁兼容性技術(shù)。根據(jù)多年在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)中的經(jīng)驗(yàn)，力求從實(shí)用的角度出發(fā)，給出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一些相應(yīng)抗干擾措施。