電子線路設(shè)計中電磁兼容設(shè)計分析

1.3設(shè)備內(nèi)部走線準(zhǔn)則
有些產(chǎn)品，尤其是不大正規(guī)的產(chǎn)品，內(nèi)部走線十分混亂，各種走線胡亂捆扎在一起，又沒有任何屏蔽、濾波、接地措施。這種內(nèi)部走線處理方法，不僅傳輸高、低電平信號的導(dǎo)線之間相互騷擾，也給后期采用屏流濾波等補(bǔ)救措施帶來不便。正確的布線也是一種電磁兼容性設(shè)計措施，它能大大地降低騷擾，不需增加工序，卻可收到較滿意的效果。因此在布線時，應(yīng)做到：
⑴機(jī)箱中各種裸露走線要盡可能短。
⑵傳輸不同電子信號的導(dǎo)線分組捆扎，數(shù)字信號線和模擬信號線也應(yīng)分組捆扎，并保持適當(dāng)?shù)木嚯x，以減小導(dǎo)線間的相互影響。
⑶對于產(chǎn)品經(jīng)常用來傳遞信號的扁平帶狀線，應(yīng)采用 地--信號--地--信號--地 排列方式，這樣不僅可以有效地抑制騷擾，也可明顯提高其抗擾度。
⑷將低頻進(jìn)線和回線絞合在一起，形成雙絞線，這樣兩線之間存在的騷擾電流幾乎大小相等，而方向相反，其騷擾場在空間可以相互抵消，因而減小騷擾。
⑸對能確定的、輻射騷擾較大的導(dǎo)線加以屏蔽。
⑹功能單元和設(shè)備內(nèi)電路的分隔能把無用信號限制在有限范圍內(nèi)，以便使無用信號和可能敏感的電路和導(dǎo)線有效地去耦。
①在可能的地方使用模塊式結(jié)構(gòu)（有屏蔽外殼的功能單元）。
②特別要把電源線濾波器、高電平信號電路、低電平信號電路放在不同的屏蔽隔艙內(nèi)。
③在設(shè)備內(nèi)部采用屏蔽，例如板或隔墻來分隔高電平源和靈敏的接收器。
④對電源提供有效的電、磁場屏蔽。特別是對開關(guān)電源。
⑤合理屏蔽高壓電源，并同敏感電路隔離。
⑥在整個音頻敏感電路周圍使用磁屏蔽，以減少同電源線的耦合?？梢杂眠@樣的方法來有效地減少400Hz/50Hz交流聲。輸入電路用差分方式，輸入信號用雙絞線。
舉例；如在顯示器中，交流電源線的插座一般都在后面板，而電源開關(guān)經(jīng)常在前面板，這樣機(jī)內(nèi)的電源走線就很長，而許多廠家對這種情況沒有采取相應(yīng)的措施，如采用屏蔽線或雙絞線等。這就會導(dǎo)致機(jī)內(nèi)走線接收工作信號，并通過電源線傳導(dǎo)出來。
又如，在微機(jī)中，電源雖然是屏蔽的，但電源的直流輸出線在屏蔽體之外，如果直流輸出線過長，就很容易將主板上的騷擾接收下來，傳到交流電源線上。因而在設(shè)計時，應(yīng)盡量減小直流輸出線的長度。另外，還可以在直流輸出線上加上磁珠或鐵氧體磁環(huán)。

1. 4底板和機(jī)殼設(shè)計準(zhǔn)則
底板和機(jī)殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計，即結(jié)構(gòu)材料和裝配技術(shù)，常常能決定是否能同工作環(huán)境實(shí)現(xiàn)EMC。
底板和機(jī)殼是為控制設(shè)備或功能單元中無用信號通路提供屏蔽的最有效方法。屏蔽的程度取決于結(jié)構(gòu)材料的選擇和裝配中所用的設(shè)計技術(shù)兩個方面。經(jīng)過設(shè)計的屏蔽僅受設(shè)計者在設(shè)計接縫、開口、穿透和對底板及機(jī)殼的搭接等方面的知識和技巧的限制。

1.4.1屏蔽
屏蔽是對場的處理問題。離場源的距離不同的區(qū)域，場的性質(zhì)不同。一個臨界距離是d。
d0=λ/2π≌λ/6
⑴場域劃分
粗略劃分：d＜λ/2π的區(qū)域?yàn)榻鼒鰠^(qū)
d＞λ/2π的區(qū)域?yàn)檫h(yuǎn)場區(qū)
嚴(yán)格劃分：d＜d0/3即d＜λ/20的區(qū)域?yàn)榻鼒鰠^(qū)（但實(shí)際可擴(kuò)展到d＜λ/1.2π）
d＞3 d0=λ/2的區(qū)域?yàn)檫h(yuǎn)場區(qū)
λ/20＜d＜λ/2的區(qū)域?yàn)檫^渡區(qū)
⑵場域性質(zhì)
近場是感應(yīng)場—靜電場和靜磁場，對外不輻射能量。（法拉第屏蔽處理）
遠(yuǎn)場是輻射場—E和H矢量在時間上同相而向外輻射能量。（機(jī)箱屏蔽處理，特別是電氣連續(xù)性問題的處理）
過渡區(qū)是感應(yīng)電磁場—場的性質(zhì)比較復(fù)雜。
⑶對設(shè)備內(nèi)部主要是近場問題。
用場論解麥克斯韋方程復(fù)雜而不實(shí)用，故用近似電路理論處理。即用集中參數(shù)電容考察電場引起的耦合，用互感集中參數(shù)考察磁場引起的耦合。
①如果波源的電壓高、電流小，則電場的作用比磁場的作用明顯，可采用電場屏蔽。
②如果波源的電壓低、電流大，則磁場起主導(dǎo)作用，應(yīng)采用磁場屏蔽。
電場屏蔽——用法拉第屏蔽來消除電場的影響。
磁場屏蔽一一使回路1的磁通發(fā)生扭曲或?qū)⑵湟蛩?，避免與回路2交連來消除磁場耦合。
⑷電磁場的屏蔽——電連續(xù)的閉合金屬箱體，對抗遠(yuǎn)場和近場。

1.4.2結(jié)構(gòu)材料
⑴適用于底板和機(jī)殼的大多數(shù)材料是良導(dǎo)體，可以屏蔽電場，如鋁、銅等。主要的屏蔽機(jī)理是反射信號而不是吸收。
⑵對磁場的屏蔽需要鐵磁材料，如高導(dǎo)磁率合金和鐵。主要的屏蔽機(jī)理是吸收而不是反射。
⑶在強(qiáng)電磁環(huán)境中，要求材料能屏蔽電場和磁場兩種成分，因此需要結(jié)構(gòu)上完好的鐵磁材料。屏蔽效能直接受材料厚度以及搭接和接地方法好壞的影響。
⑷對塑料殼體可以在其內(nèi)壁噴涂屏蔽層，或在注塑時摻入金屬纖維。

1.4.3縫隙
必須盡量減少結(jié)構(gòu)的電不連續(xù)性，以便控制經(jīng)底板和機(jī)殼進(jìn)出的泄漏輻射。提高縫隙屏蔽效能的結(jié)構(gòu)措施包括增加縫隙深度，減少縫隙長度，在接合面加入導(dǎo)電襯墊，在接縫處涂上導(dǎo)電涂料，縮短螺釘間距等。
⑴在底板和機(jī)殼的每一條縫和不連續(xù)處要盡可能好地搭接。最壞的電搭接處對殼體的屏蔽效能降低起決定性作用。
⑵保證接縫處金屬對金屬的接觸，以防電磁能的泄漏和輻射。
⑶在可能的地方，接縫應(yīng)焊接，以便接合面連續(xù)。在條件受限制的情況下，可用點(diǎn)焊、小間距鉚接和螺釘連接來處理。
⑷在不加導(dǎo)電襯墊時，螺釘間距一般應(yīng)小于最高工作頻率的l％波長，至少不大于l／20波長。
⑸用螺釘或鉚接進(jìn)行搭接時，應(yīng)首先在縫的中部搭接好，然后逐漸向兩端延伸，以防金屬表面的彎曲。
⑹保證緊固方法有足夠的壓力，以便在有變形應(yīng)力、沖擊、振動時保持表面接觸。
⑺在接縫不平整的地方，在可移動的面板等處，必須使用導(dǎo)電襯墊或指形彈簧材料。
⑻選擇高導(dǎo)電率和彈性好的襯墊。選擇襯墊時要考慮接合處所使用的頻率。
⑼選擇硬韌材料做成的襯墊。
⑽保證同襯墊配合的金屬表面沒有非導(dǎo)電保護(hù)層。
⑾當(dāng)需要活動接觸時，使用指形壓簧（而不用網(wǎng)狀襯墊），并要注意保持彈性指簧的壓力。
⑿導(dǎo)電橡膠襯墊用在鋁金屬表面時，要注意電化腐蝕作用。純銀填料的橡膠或Monel線型襯墊將出現(xiàn)嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕。銀鍍鋁填料的導(dǎo)電橡膠是霧鹽環(huán)境下用于鋁金屬配合表面的最好襯墊材料。

1.4.4穿透和開口
⑴要注意由于電纜穿過機(jī)殼使整體屏蔽效能降低的程度。典型的未濾波的導(dǎo)線穿過屏蔽體時屏蔽效能降低30dB以上。
⑵電源線進(jìn)入機(jī)殼時，全部應(yīng)通過濾波器盒。濾波器的輸入端最好能穿出到屏蔽機(jī)殼外；
若濾波器結(jié)構(gòu)不宜穿出機(jī)殼，則應(yīng)在電源線進(jìn)入機(jī)殼處專為濾波器設(shè)置一隔艙。
⑶信號線，控制線進(jìn)入/穿出機(jī)殼時，要通過適當(dāng)?shù)臑V波器。具有濾波插針的多芯連接器（插座）適于這種場合使用。
⑷穿過屏蔽殼體的金屬控制軸，應(yīng)該用金屬觸片、接地螺母或射頻襯墊接地。也可不用接地的金屬軸而用其他絕緣軸貫通波導(dǎo)截止頻率比工作頻率高的圓管來作控制軸。
⑸必須注意在截止波導(dǎo)孔內(nèi)貫通金屬軸或?qū)Ь€會嚴(yán)重降低屏蔽效能。
⑹當(dāng)要求使用對地絕緣的金屬控制軸時，可用短的隱性控制軸，不調(diào)節(jié)時用螺帽或金屬襯墊彈性安裝帽蓋住。
⑺為保險絲、插孔等加金屬帽。
⑻用導(dǎo)電襯墊和墊圈、螺母等實(shí)現(xiàn)鈕子開關(guān)防泄漏安裝。
⑼在屏蔽、通風(fēng)和強(qiáng)度要求不苛刻時，用蜂窩板屏蔽通風(fēng)口。最好用焊接方式保持連接，防止泄漏。
⑽盡可能在指示器、顯示器后面加屏蔽，并對所有引線用穿心電容器濾波。
⑾在不能從后面屏蔽指示器／顯示器和對引線濾波時，要用與機(jī)殼連續(xù)連接的金屬網(wǎng)或?qū)щ姴Ａ帘沃甘酒鳎@示器的前面。對夾金屬絲的屏蔽玻璃，在保持合理的透光度條件下，對30~1000MHz的屏蔽效能可達(dá)50~110dB。在透明塑料或玻璃上鍍上透明導(dǎo)電膜，其屏蔽效果一般不大于20dB。但后者可消除觀察窗上的靜電積累，在儀器上常用。