電磁兼容設(shè)計(jì)原理及測(cè)試方法

摘要：針對(duì)當(dāng)前嚴(yán)峻的電磁環(huán)境，分析了電磁干擾的來(lái)源，通過(guò)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程的分解，融入電磁兼容設(shè)計(jì)，從原理圖設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、元器件選型、系統(tǒng)布線、系統(tǒng)接地等方面逐步分析，總結(jié)概括電磁兼容設(shè)計(jì)要點(diǎn)，最后，介紹了電磁兼容測(cè)試的相關(guān)內(nèi)容。

當(dāng)前，日益惡化的電磁環(huán)境，使我們逐漸關(guān)注設(shè)備的工作環(huán)境，日益關(guān)注電磁環(huán)境對(duì)電子設(shè)備的影響，從設(shè)計(jì)開(kāi)始，融入電磁兼容設(shè)計(jì)，使電子設(shè)備更可靠的工作。

電磁兼容設(shè)計(jì)主要包含浪涌（沖擊）抗擾度、振鈴波浪涌抗擾度、電快速瞬變脈沖群抗擾度、電壓暫降、短時(shí)中斷和電壓變化抗擾度、工頻電源諧波抗擾度、靜電抗擾度、射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度、工頻磁場(chǎng)抗擾度、脈沖磁場(chǎng)抗擾度、傳導(dǎo)騷擾、輻射騷擾、射頻場(chǎng)感應(yīng)的傳導(dǎo)抗擾度等相關(guān)設(shè)計(jì)。

電磁干擾的主要形式

電磁干擾主要是通過(guò)傳導(dǎo)和輻射方式進(jìn)入系統(tǒng)，影響系統(tǒng)工作，其他的方式還有共阻抗耦合和感應(yīng)耦合。

傳導(dǎo)：傳導(dǎo)耦合即通過(guò)導(dǎo)電媒質(zhì)將一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)上的騷擾耦合到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)上,屬頻率較低的部分(低于30MHz)。在我們的產(chǎn)品中傳導(dǎo)耦合的途徑通常包括電源線、信號(hào)線、互連線、接地導(dǎo)體等。

輻射：通過(guò)空間將一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)上的騷擾耦合到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)上，屬頻率較高的部分(高于30MHz)。輻射的途徑通過(guò)空間傳遞，在我們電路中引入和產(chǎn)生的輻射干擾主要是各種導(dǎo)線形成的天線效應(yīng)。

共阻抗耦合：當(dāng)兩個(gè)以上不同電路的電流流過(guò)公共阻抗時(shí)出現(xiàn)的相互干擾。在電源線和接地導(dǎo)體上傳導(dǎo)的騷擾電流，多以這種方式引入到敏感電路。

感應(yīng)耦合：通過(guò)互感原理，將在一條回路里傳輸?shù)碾娦盘?hào)，感應(yīng)到另一條回路對(duì)其造成干擾。分為電感應(yīng)和磁感應(yīng)兩種。

對(duì)這幾種途徑產(chǎn)生的干擾我們應(yīng)采用的相應(yīng)對(duì)策：傳導(dǎo)采取濾波（如我們?cè)O(shè)計(jì)中每個(gè)IC的片頭電容就是起濾波作用），輻射干擾采用減少天線效應(yīng)（如信號(hào)貼近地線走）、屏蔽和接地等措施，就能夠大大提高產(chǎn)品的抵抗電磁干擾的能力，也可以有效的降低對(duì)外界的電磁干擾。

電磁兼容設(shè)計(jì)

對(duì)于一個(gè)新項(xiàng)目的研發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程，電磁兼容設(shè)計(jì)需要貫穿整個(gè)過(guò)程，在設(shè)計(jì)中考慮到電磁兼容方面的設(shè)計(jì)，才不致于返工，避免重復(fù)研發(fā)，可以縮短整個(gè)產(chǎn)品的上市時(shí)間，提高企業(yè)的效益。

一個(gè)項(xiàng)目從研發(fā)到投向市場(chǎng)需要經(jīng)過(guò)需求分析、項(xiàng)目立項(xiàng)、項(xiàng)目概要設(shè)計(jì)、項(xiàng)目詳細(xì)設(shè)計(jì)、樣品試制、功能測(cè)試、電磁兼容測(cè)試、項(xiàng)目投產(chǎn)、投向市場(chǎng)等幾個(gè)階段。

在需求分析階段，要進(jìn)行產(chǎn)品市場(chǎng)分析、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，挖掘?qū)?xiàng)目有用信息，整合項(xiàng)目發(fā)展前景，詳細(xì)整理項(xiàng)目產(chǎn)品工作環(huán)境，實(shí)地考察安裝位置，是否對(duì)安裝有所限制空間，工作環(huán)境是否特殊，是否有腐蝕、潮濕、高溫等，周?chē)O(shè)備的工作情況，是否有惡劣的電磁環(huán)境，是否受限與其他設(shè)備，產(chǎn)品的研制成功能否大大提高生產(chǎn)效率，或者能否給人們的生活或工作環(huán)境帶來(lái)很大的方便，操作使用方式能否容易被人們所接受，這就要求項(xiàng)目產(chǎn)品要滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)功能需要、易于操作等，最后要整理詳細(xì)的需求分析報(bào)告，以供需求評(píng)審。

經(jīng)過(guò)企業(yè)內(nèi)部相關(guān)負(fù)責(zé)人的評(píng)審之后，完善需求分析報(bào)告，然后是項(xiàng)目立項(xiàng)，項(xiàng)目立項(xiàng)需要組建項(xiàng)目組，把軟件、硬件、結(jié)構(gòu)、測(cè)試等人員安排到項(xiàng)目組中，分配各自的職責(zé)。項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的下一階段是項(xiàng)目概要設(shè)計(jì)，將項(xiàng)目分解成多個(gè)功能模塊，運(yùn)用WBS分解結(jié)構(gòu)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行功能分解細(xì)化，根據(jù)工作量安排時(shí)間，安排具體人員。整理項(xiàng)目概要設(shè)計(jì)報(bào)告，總體對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)估，確定使用電源類(lèi)型，電源分布情況，電源隔離濾波方式，系統(tǒng)接地方式，產(chǎn)品屏蔽，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)采用屏蔽設(shè)計(jì)，采用屏蔽機(jī)箱機(jī)殼，分析信號(hào)類(lèi)型，對(duì)雷電、靜電、群脈沖等干擾采取防護(hù)措施。

產(chǎn)品概要設(shè)計(jì)報(bào)告出來(lái)后要經(jīng)過(guò)相關(guān)人員評(píng)審，分析實(shí)現(xiàn)方式是否合理，實(shí)施方案是否可行，由評(píng)審人員給出評(píng)審報(bào)告，項(xiàng)目組結(jié)合評(píng)審報(bào)告對(duì)概要設(shè)計(jì)進(jìn)行修改后，進(jìn)入產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，這階段的內(nèi)容包括原理圖設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、PCB采購(gòu)及焊接、軟件編寫(xiě)、功能調(diào)試等過(guò)程，原理圖設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到電磁兼容方面的影響，對(duì)板級(jí)電源增加濾波電容，對(duì)信號(hào)的接口部分增加濾波電路，根據(jù)信號(hào)類(lèi)型，選擇合適的濾波電路，若信號(hào)為低頻型號(hào)，應(yīng)選擇低通濾波電路，計(jì)算合適的截至頻率，選擇對(duì)應(yīng)的電阻、電容等。另對(duì)接口部分設(shè)計(jì)大電流泄放回路，設(shè)置防雷器件，做到第三級(jí)的防雷。

一、元器件選型

我們常用的電子器件主要包括有源器件和無(wú)源器件兩種類(lèi)型，有源器件主要指IC和模塊電路等器件，無(wú)源器件主要是指電阻、電容、電感等元件。下面分別對(duì)這兩種類(lèi)型元件的選型、在電磁兼容方面要考慮的問(wèn)題做一些介紹。

有源器件EMC選型

工作電壓寬的EMC特性好，工作電壓低的EMC特性好，在設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi)延時(shí)大（通常所說(shuō)的速度慢）特性好一些，靜態(tài)電流小、功耗小的比大的特性好，貼片封裝的器件的EMC性能好于插裝器件。

無(wú)源器件選型

無(wú)源器件在我們的應(yīng)用中通常包括電阻、電容、電感等，對(duì)于無(wú)源器件的選型我們要注意這些元件的頻率特性和分布參數(shù)。

無(wú)源器件在某些頻率下，會(huì)表現(xiàn)出不同特性，一些電阻在高頻時(shí)擁有電感的特性，如線繞電阻，電解電容的低頻特性好，高頻特性差，而薄膜電容和瓷片電容高頻特性較好，但通常容量較小。考慮溫度對(duì)元器件的影響，根據(jù)設(shè)計(jì)原理，選用各種溫度特性的器件。

二、印制板設(shè)計(jì)

印制板設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到干擾對(duì)系統(tǒng)的影響，將電路的模擬部分和數(shù)字部分的電路嚴(yán)格分開(kāi)，對(duì)核心電路重點(diǎn)防護(hù)，將系統(tǒng)地線環(huán)繞，并布線盡可能粗，電源增加濾波電路，采用DC-DC隔離，信號(hào)采用光電隔離，設(shè)計(jì)隔離電源，分析容易產(chǎn)生干擾的部分（如時(shí)鐘電路、通訊電路等）和容易被干擾的部分（如模擬采樣電路等），對(duì)這兩種類(lèi)型的電路分別采取措施。對(duì)于干擾元件采取抑制措施，對(duì)敏感元件采取隔離和保護(hù)措施，并且將它們?cè)诳臻g和電氣上拉開(kāi)距離。在板級(jí)設(shè)計(jì)時(shí)，還要注意元器件放置要遠(yuǎn)離印制板邊沿，這對(duì)防護(hù)空氣放電是有利的。

采樣電路的原理圖設(shè)計(jì)參見(jiàn)圖1：

圖1：采樣電路設(shè)計(jì)。