电子设备电磁兼容设计与测试

1、本文格式为Word版，下载可任意编辑电子设备电磁兼容设计与测试 电磁兼容设计主要包含浪涌（冲击）抗扰度、振铃波浪涌抗扰度、电快速瞬变脉冲群抗扰度、电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度、工频电源谐波抗扰度、静电抗扰度、射频电磁场辐射抗扰度、工频磁场抗扰度、脉冲磁场抗扰度、传导骚扰、辐射骚扰、射频场感应的传导抗扰度等相关设计。 电磁干扰的主要形式 电磁干扰主要是通过传导和辐射方式进入系统，影响系统工作，其他的方式还有共阻抗耦合和感应耦合。 传导：传导耦合即通过导电媒质将一个电网络上的骚扰耦合到另一个电网络上，属频率较低的部分（低于30MHz）。在我们的产品中传导耦合的途径通常包括电源线、信号线、互连

2、线、接地导体等。 辐射：通过空间将一个电网络上的骚扰耦合到另一个电网络上，属频率较高的部分（高于30MHz）。辐射的途径通过空间传递，在我们电路中引入和产生的辐射干扰主要是各种导线形成的天线效应。 共阻抗耦合：当两个以上不同电路的电流流过公共阻抗时消失的相互干扰。在电源线和接地导体上传导的骚扰电流，多以这种方式引入到敏感电路。 感应耦合：通过互感原理，将在一条回路里传输的电信号，感应到另一条回路对其造成干扰。分为电感应和磁感应两种。 对这几种途径产生的干扰我们应采纳的相应对策：传导实行滤波（如我们设计中每个IC的片头电容就是起滤波作用），辐射干扰采纳削减天线效应（如信号贴近地线走）、屏蔽和接地

3、等措施，就能够大大提高产品的反抗电磁干扰的力量，也可以有效的降低对外界的电磁干扰。 电磁兼容设计 对于一个新项目的研发设计过程，电磁兼容设计需要贯穿整个过程，在设计中考虑到电磁兼容方面的设计，才不致于返工，避开重复研发，可以缩短整个产品的上市时间，提高企业的效益。 一个项目从研发到投向市场需要经过需求分析、项目立项、项目概要设计、项目具体设计、样品试制、功能测试、电磁兼容测试、项目投产、投向市场等几个阶段。 在需求分析阶段，要进行产品市场分析、现场调研，挖掘对项目有用信息，整合项目进展前景，具体整理项目产品工作环境，实地考察安装位置，是否对安装有所限制空间，工作环境是否特别，是否有腐蚀、潮湿、

4、高温等，四周设备的工作状况，是否有恶劣的电磁环境，是否受限与其他设备，产品的研制胜利能否大大提高生产效率，或者能否给人们的生活或工作环境带来很大的便利，操作使用方式能否简单被人们所接受，这就要求项目产品要满意现场功能需要、易于操作等，最终要整理具体的需求分析报告，以供需求评审。 经过企业内部相关负责人的评审之后，完善需求分析报告，然后是项目立项，项目立项需要组建项目组，把软件、硬件、结构、测试等人员支配到项目组中，安排各自的职责。项目开发的下一阶段是项目概要设计，将项目分解成多个功能模块，运用WBS分解结构对项目进行功能分解细化，依据工作量支配时间，支配详细人员。整理项目概要设计报告，总体对项

5、目进行评估，确定使用电源类型，电源分布状况，电源隔离滤波方式，系统接地方式，产品屏蔽，产品结构采纳屏蔽设计，采纳屏蔽机箱机壳，分析信号类型，对雷电、静电、群脉冲等干扰实行防护措施。 产品概要设计报告出来后要经过相关人员评审，分析实现方式是否合理，实施方案是否可行，由评审人员给出评审报告，项目组结合评审报告对概要设计进行修改后，进入产品具体设计阶段，这阶段的内容包括原理图设计、PCB设计、PCB选购及焊接、软件编写、功能调试等过程，原理图设计应考虑到电磁兼容方面的影响，对板级电源增加滤波电容，对信号的接口部分增加滤波电路，依据信号类型，选择合适的滤波电路，若信号为低频型号，应选择低通滤波电路，计

6、算合适的截至频率，选择对应的电阻、电容等。另对接口部分设计大电流泄放回路，设置防雷器件，做到第三级的防雷。 一、元器件选型 我们常用的电子器件主要包括有源器件和无源器件两种类型，有源器件主要指IC和模块电路等器件，无源器件主要是指电阻、电容、电感等元件。下面分别对这两种类型元件的选型、在电磁兼容方面要考虑的问题做一些介绍。 有源器件EMC选型 工作电压宽的EMC特性好，工作电压低的EMC特性好，在设计允许的范围内延时大（通常所说的速度慢）特性好一些，静态电流小、功耗小的比大的特性好，贴片封装的器件的EMC性能好于插装器件。 无源器件选型 无源器件在我们的应用中通常包括电阻、电容、电感等，对于无

7、源器件的选型我们要留意这些元件的频率特性和分布参数。 无源器件在某些频率下，会表现出不同特性，一些电阻在高频时拥有电感的特性，如线绕电阻，电解电容的低频特性好，高频特性差，而薄膜电容和瓷片电容高频特性较好，但通常容量较小。考虑温度对元器件的影响，依据设计原理，选用各种温度特性的器件。 二、印制板设计 印制板设计时，要考虑到干扰对系统的影响，将电路的模拟部分和数字部分的电路严格分开，对核心电路重点防护，将系统地线环绕，并布线尽可能粗，电源增加滤波电路，采纳DC-DC隔离，信号采纳光电隔离，设计隔离电源，分析简单产生干扰的部分（如时钟电路、通讯电路等）和简单被干扰的部分（如模拟采样电路等），对这两

8、种类型的电路分别实行措施。对于干扰元件实行抑制措施，对敏感元件实行隔离和爱护措施，并且将它们在空间和电气上拉开距离。在板级设计时，还要留意元器件放置要远离印制板边沿，这对防护空气放电是有利的。 采样电路的原理图设计参见图1： 图1：采样电路设计。 电路的合理布局可以降低干扰，提高电磁兼容性能。根据电路的功能划分若干个功能模块，分析每个模块的干扰源与敏感信号，以便进行特别处理。 印制板布线时，需要留意以下几个方面： 1、保持环路面积最小，例如电源与地之间形成的环路，减小环路面积，将减小电磁干扰在此回路上的感应电流，电源线尽可能靠近地线，以减小差模辐射的环面积，降低干扰对系统的影响，提高系统的抗干

9、扰性能。并联的导线紧紧放在一起，使用一条粗导线进行连接，信号线紧挨地平面布线可以降低干扰。电源与地之间增加高频滤波电容。 2、使导线长度尽可能的缩短，减小了印制板的面积，降低导线上的干扰。 3、采纳完整的地平面设计，采纳多层板设计，铺设地层，便于干扰信号泄放。 4、使电子元件远离可能会发生放电的平面如机箱面板、把手、螺钉等，保持机壳与地良好接触，为干扰供应良好的泄放通道。对敏感信号包地处理，降低干扰。 5、尽量采纳贴片元器件，贴片器件比直插器件的电磁兼容性能要好得多。 6、模拟地与数字地在PCB与外界连接处进行一点接地。 7、高速规律电路应靠近连接器边缘，低速规律电路和存储器则应布置在远离连接

10、器处，中速规律电路则布置在高速规律电路和低速规律电路之间。 8、电路板上的印制线宽度不要突变，拐角应采纳圆弧形，不要直角或尖角。 9、时钟线、信号线也尽可能靠近地线，并且走线不要过长，以减小回路的环面积。 三、系统布线设计 印制板设计出来后，进行试制，焊接调试，系统装机，考虑电磁兼容设计因素，机柜结构、线缆设计需要留意以下几个方面： 1、机柜选用电磁屏蔽柜，具有良好的屏蔽性能，很好地对系统进行屏蔽，降低外界电磁干扰对系统的影响。 2、总电源进线选用屏蔽电源线，并加磁环，屏蔽层在进入机柜处360度接地。 3、对系统外部信号线选用屏蔽线，屏蔽层机柜入口处良好接地。 4、设备外壳就近接机柜，避开交叉

11、。 5、系统设置隔离变压器和ups，保证系统供应纯洁电源。 6、严格将电源线和信号线分开，设备外壳的各个面之间和各个板子面板之间要良好接触，接触电阻要小于0.4欧，越小越好，保证设备外壳良好接大地，这样在有静电释放时，不会影响到系统的正常工作。 四、系统接地设计 接地是最有效的抑制骚扰源的方法，可解决50%的EMC问题。系统基准地与大地相连，可抑制电磁骚扰。外壳金属件直接接大地，还可以供应静电电荷的泄漏通路，防止静电积累。 1、地线的概念 平安接地 包括爱护接地和防雷接地。 爱护接地 为产品的故障电流进入大地供应一个低阻抗通道； 防雷接地 供应泄放大电流的通路； 参考接地 为产品稳定牢靠工作供

12、应参考电平，为电源和信号供应基准电位。 平安接地是为了当消失一些电气特别时，为大电流和高电压供应一个泄放的回路，主要是对电路的一种爱护措施。参考地主要是信号地和电源地，是保证电路实现功能的基础。 2、接地方式 悬浮接地 对一个独立的与外部没有接口的系统来说一般也没有什么问题，但是假如该系统与其他的系统之间存着接口如通讯口和采样线，那么悬浮接地很简单受到静电和雷击的影响，所以一般电子产品大多不采纳悬浮接地。 单点接地 当f1MHz时可以选择单点接地，可分为并联单点接地和多级电路串联单点接地两种。 并联单点接地：每个电路模块都接到一个单点地上，每个单元在同一点与参考点相连。 多级电路的串联单点接地

13、：将具有类似特性的电路的地连接在一起，形成一个公共点，然后将每一个公共点连接到单点地。 多点接地 当f10MHz时会采纳多点接地。 设备中的电路都就近以接地母线为参考点。 单点接地各电路接在同一点，供应公共电位参考点，没有共阻抗耦合和低频地环路，但对高频信号存在较大的地阻抗。多点接地为就近接地，每条地线可以很短，供应较低接地阻抗。1MHz10MHz可依据实际需要选用哪种接地方法。 混合接地 是综合单点接地与多点接地的优点，对系统中的低频部分采纳单点接地，对系统中高频部分采纳多点接地。 信号线屏蔽接地 有高频和低频之分，高频采纳多点接地，低频电缆采纳单点接地。低频电场屏蔽要求在接收端单点接地，低

14、频磁场屏蔽要求在两端接地。多点接地，除在两端接地外，并以3/20或1/10工作波长的间隔接地。 系统做到良好接地，才能有效的抑制电磁干扰，一个大的系统机柜首先要保证每个面接触良好，接触紧凑，其次是机柜内部设备要就近接地，避开二次干扰，就近泄放电磁干扰。接口屏蔽线要进行环接，再就近接机架。机柜下方设置接地铜排，系统总地线选用铜带比较好，对电磁干扰进行很好的泄放，保证了系统的正常运行。 电磁兼容测试 系统功能测试，满意现场功能需要后，进行电磁兼容测试，电磁兼容测试简单出问题是静电、群脉冲、浪涌、射频场传导等 1、静电抗扰度检测 参加了几个项目的静电抗扰度检测，对静电有肯定熟悉。静电分为接触放电和空

15、气放电，静电是积累的高压，当接触到设备的金属外壳时会瞬间放电，会影响到电子设备的正常工作，可能引起设备故障或重启，在平安性要求较好的场合这是不允许的。 静电会影响显示效果，可能消失显示闪耀或黑屏，影响正常显示和操作。静电还可能引起CPU工作特别，程序死机或重启。 假如在产品具体设计阶段采纳电磁兼容的相关设计，做静电试验不必过分担忧，通过设计，对静电积累的电荷进行良好的泄放，不会影响系统的正常工作。 2、电快速瞬变脉冲群抗扰度检测 电快速瞬变脉冲群是一系列的高频高压瞬变脉冲施加在设备上，观看设备是否受到其影响。防护群脉冲主要的方法是“疏导”“堵”，“疏导”就是供应泄放回路，是干扰在进入系统之前，

16、泄放至大地，良好的屏蔽层接地，可以泄放大部分动干扰，“堵”是使群脉冲滤除在设备之外，增加磁环，效果明显，封闭磁环的效果好于对扣磁环，也可以将磁环加入到板级中，固定在印制板中，这样使设备更牢靠。 对电源线、信号线、通讯线两端增加磁环，可以对群脉冲干扰进行防护。 3、雷击浪涌检测 雷击浪涌主要包含两个方面，一个是电源防雷，一个是信号防雷。 电源防雷主要是针对系统级而言的，系统级设计要根据三级防雷设计，总电源进入端设置电源防雷（如OBO公司的V20-C/3-PH 385），可以对系统的电源进行一级防护，电源经过电源防雷后，进入隔离变压器，隔离变压器可以对电磁干扰信号进行较好的防护，抑制其对系统的影响

17、。后进入UPS，UPS可以滤除一部分干扰信号，这样电源再进入系统设备，电源是一种纯洁的电源，可以使系统更好、更牢靠的工作。 图2：系统电源部分设计示例。 信号防雷是对系统的信号通路进行防护，主要涉及的是板级设计，在板级设计中增加防雷器件，如气体放电管，增加TVS泄放回路，当有大电流时通过配套电阻和TVS、气体放电管泄放，对后级电路起到爱护作用。而后信号进行光电隔离，再进入系统，系统可以采集到一个稳定的信号，使系统正常分析推断，正常发出指令，正常工作。另一方面就是设计较宽的信号范围，信号正常波动时，系统正常工作。 4、射频场感应传导的抗扰度检测 射感试验可能会对显示信号、采集驱动等造成影响，可能使显示闪耀或黑屏，影响设备操作，可能使采集驱动工作特别，采集不到需要的信号，无法驱动现场设备。 射频试验是0.15k80M频率范围内对信号线、电源进行干扰，3级强度