开关电源电磁兼容设计

1、主题：开关电源电磁兼容设计资料 摘要：分析了开关电源电磁骚扰的机理，提出相应的抑制措施。讨论了电磁兼容设计中需要加以注意的问题。 1 引言 电磁兼容是指在有限的空间、时间和频谱范围内，各种电气设备共存而不引起性能的下降，它包括电磁骚扰（EMD）和电磁敏感（EMS）两方面的内容。EMD是指电气产品向外发出噪声，EMS则是指电气产品抵抗外来电磁骚扰的能力。一台具备良好电磁兼容性能的设备，应该既不受周围电磁环境的影响也不对周围造成电磁骚扰。 开关电源中的功率开关管在高频下的通、断过程产生大幅度的电压和电流跳变，因而产生强大的电磁骚扰，但骚扰的频率范围（30MHz）是比较低的。多数小功率开关电源的几何

2、尺寸远小于30MHz电磁场对应的波长（空气介质中约为10m），开关电源系统研究的电磁骚扰现象属于似稳场的范围，研究它们的电磁骚扰问题时，主要考虑的是传导骚扰。 2 电磁骚扰 讨论电磁骚扰一般是从骚扰源的特性，骚扰的耦合通道特性和受扰体的特性三个方面来进行的。 2.1 开关电源中的主要电磁骚扰源 开关电源中的电磁骚扰源主要有开关器件、二极管和非线性无源元件；在开关电源中，印制板布线不当也是引起电磁骚扰的一个主要因素。 开关电路产生的电磁骚扰 对开关电源来说，开关电路产生的电磁骚扰是开关电源的主要骚扰源之一。开关电路是开关电源的核心，主要由开关管和高频变压器组成。它产生的dv/dt是具有较大辐度的

3、脉冲，频带较宽且谐波丰富。这种脉冲骚扰产生的主要原因是 1）开关管负载为高频变压器初级线圈，是感性负载。在开关管导通瞬间，初级线圈产生很大的涌流，并在初级线圈的两端出现较高的浪涌尖峰电压；在开关管断开瞬间，由于初级线圈的漏磁通，致使一部分能量没有从一次线圈传输到二次线圈，储藏在电感中的这部分能量将和集电极电路中的电容、电阻形成带有尖峰的衰减振荡，叠加在关断电压上，形成关断电压尖峰。这种电源电压中断会产生与初级线圈接通时一样的磁化冲击电流瞬变，这个噪声会传导到输入输出端，形成传导骚扰，重者有可能击穿开关管。 2）脉冲变压器初级线圈，开关管和滤波电容构成的高频开关电流环路可能会产生较大的空间辐射，

4、形成辐射骚扰。如果电容滤波容量不足或高频特性不好，电容上的高频阻抗会使高频电流以差模方式传导到交流电源中形成传导骚扰。 二极管整流电路产生的电磁骚扰 主电路中整流二极管产生的反向恢复电流的|di/dt|远比续流二极管反向恢复电流的|di/dt|小得多。作为电磁骚扰源来研究，整流二极管反向恢复电流形成的骚扰强度大，频带宽。整流二极管产生的电压跳变远小于电源中的功率开关管导通和关断时产生的电压跳变。因此，不计整流二极管产生的|dv/dt|和|di/dt|的影响，而把整流电路当成电磁骚扰耦合通道的一部分来研究也是可以的。 与负载大小的关系 功率开关管开通和关断时产生的dv/dt是开关电源的主要骚扰源

5、。经理论分析及实验表明，负载加大，关断产生的|dv/dt|值加大，而负载变化对开通的|dv/dt|影响不大。由于开通和关断时产生的|dv/dt|不同，从而对外部产生的骚扰脉冲也是不同的。 2.2 开关电源电磁噪声的耦合通道 描述开关电源和系统传导骚扰的耦合通道有两种方法： 1）将耦合通道分为共模通道和差模通道； 2）采用系统函数来描述骚扰和受扰体之间的耦合通道的特性。 本文采用第一种方法进行论述。 共模和差模骚扰通道 开关电源在由电网供电时，它将从电网取得的电能变换成另一种特性的电能供给负载。同时开关电源又是一噪声源，通过耦合通道对电网、开关电源本身和其它设备产生骚扰，通常多采用共模和差模骚扰

6、加以分析。 “共模骚扰”是指骚扰大小和方向一致，其存在于电源任何一相对大地、或中线对大地间。共模骚扰也称为纵模骚扰、不对称骚扰或接地骚扰。是载流体与大地之间的骚扰。 “差模骚扰”是指大小相等，方向相反，其存在于电源相线与中线及相线与相线之间。差模骚扰也称为常模骚扰、横模骚扰或对称骚扰。是载流体之间的骚扰。 共模骚扰说明骚扰是由辐射或串扰耦合到电路中的，而差模骚扰则说明骚扰源于同一条电源电路的。通常这两种骚扰是同时存在的，由于线路阻抗的不平衡，两种骚扰在传输中还会相互转化，情况十分复杂。共模骚扰主要是由|dv/dt|产生的，|di/dt|也产生一定的共模骚扰。但是，在低压大电流的开关电源中，共模

7、骚扰主要是由|dv/dt|产生的还是由|di/dt|产生的，需要进一步研究。 在频率不是很高的情况下，开关电源的骚扰源、耦合通道和受扰体实质上构成一多输入多输出的电网络，而将其分解为共模和差模骚扰来研究是对上述复杂网络的一种处理方法，这种处理方法在某种场合还比较合适。但是，将耦合通道分为共模和差模通道具有一定的局限性，虽然能测量出共模分量和差模分量，但共模分量和差模分量是由哪些元器件产生的，的确不易确定。因此有人用系统函数的方法来描述开关电源骚扰的耦合通道，即研究耦合通道的系统函数与各元器件的关系，建立耦合通道的电路模型。许多系统分析的结果，如灵敏度的分析、模态的分析等，都可用来研究开关电源的

8、EMD的调试和预测。但是，用系统函数的方法分析骚扰的耦合通道，还需要做很多工作。 杂散参数影响耦合通道的特性 在传导骚扰频段（小于30MHz）范围内，多数开关电源骚扰的耦合通道是可以用电路网络来描述的。但是，在开关电源中的任何一个实际元器件，如电阻器、电容器、电感器乃至开关管、二极管都包含有杂散参数，且研究的频带愈宽，等值电路的阶次愈高，因此，包括各元器件杂散参数和元器件间的耦合在内的开关电源的等效电路将复杂得多。在高频时，杂散参数对耦合通道的特性影响很大，分布电容的存在成为电磁骚扰的通道。另外，在开关管功率较大时，集电极一般都需加上散热片，散热片与开关管之间的分布电容在高频时不能忽略，它能形

9、成面向空间的辐射骚扰和电源线传导的共模骚扰。 3 电磁骚扰的抑制 对开关电源的EMD的抑制措施，主要是 1）减小骚扰源的骚扰强度； 2）切断骚扰传播途径。 为了达到这个目的，主要从选择合适的开关电源电路拓扑；采用正确的接地、屏蔽、滤波措施；设计合理的元器件布局及印制板布线等几个方面考虑。 3.1 减小开关电源本身的骚扰 减小开关电源本身的骚扰是抑制开关电源骚扰的根本，是使开关电源电磁骚扰低于规定极限值的有效方法。 1）减小功率管通、断过程中产生的骚扰 上面分析表明，开关电源的主要骚扰是来自功率开关管通、断的dv/dt。因此减小功率开关管通、断的dv/dt是减小开关电源骚扰的重要方面。人们通常认

10、为软开关技术可以减小开关管通、断的dv/dt。但是，目前的一些研究结果表明软开关并不像人们预料的那样，可以明显地减小开关电源的骚扰。没有实验结果表明，软开关变换器在EMC性能方面明显地优于硬开关变换器。 有文献系统地研究了PWM反激式变换器、准谐振零电流变频开关正激变换器、多谐振零电压变频开关反激式变换器、多揩振零电压变频开关正激变换器、电压箝位多谐振零电压定频开关反激式变换器以及半桥式零电压变频串联谐振变换器的EMD特性，讨论了缓冲电路、箝位电路、变频与定频控制对骚扰水平的影响。实验结果表明，具有电压箝位的零电压定频开关变换器的EMD电平最低。 因此，采用软开关电源技术，结合合理的元器件布置

11、及合理的印制电路板布线，对开关电源的EMD水平有一定的改善。 2）开关频率调制技术 将频率不变的调制改变为随机调制，变频调制等。频率固定不变的调制脉冲产生的骚扰在低频段主要是调制频率的谐波骚扰，低频段的骚扰主要集中在各谐波点上。由F.Lin提出的开关频率调制方法3，其基本思想是通过调制开关频率fc的方法，把集中在开关频率fc及其谐波2fc，3fc上的能量分散到它们周围的频带上，由此降低各个频点上的EMD幅值，以达到低于EMD标准规定的限值。这种开关调频PWM的方法虽然不能降低总的骚扰能量，但它把能量分散到频点的基带上，以达到各个频点都不超过EMD规定的限值。 3.2 接地 “接地”有设备内部的

12、信号接地和设备接大地，两者概念不同，目的也不同。“地”的经典定义是“作为电路或系统基准的等电位点或平面”。 设备的信号接地 设备的信号接地，可能是以设备中的一点或一块金属来作为信号的接地参考点，它为设备中的所有信号提供了一个公共参考电位。 在这里介绍浮地和混合接地，另外，还有单点接地和多点接地。 1）浮地 采用浮地的目的是将电路或设备与公共接地系统，或可能引起环流的公共导线隔离开来。浮地还可以使不同电位间的电路配合变得容易。实现电路或设备浮地的方法有变压器隔离和光电隔离。浮地的最大优点是抗骚扰性能好。 浮地的缺点是由于设备不与公共地相连，容易在两者间造成静电积累，当电荷积累到一定程度后，在设备

13、地与公共地之间的电位差可能引起剧烈的静电放电，而成为破环性很强的骚扰源。 一个折衷方案是在浮地与公共地之间跨接一个阻值很大的泄放电阻，用以释放所积累的电荷。注意控制释放电阻的阻抗，太低的电阻会影响设备泄漏电流的合格性。 2）混合接地 混合接地使接地系统在低频和高频时呈现不同的特性，这在宽带敏感电路中是必要的。电容对低频和直流有较高的阻抗，因此能够避免两模块之间的地环路形成。当将直流地和射频地分开时，将每个子系统的直流地通过10100nF的电容器接到射频地上，这两种地应在一点有低阻抗连接起来，连接点应选在最高翻转速度（di/dt）信号存在的点。 设备接大地 在工程实践中，除认真考虑设备内部的信号

14、接地外，通常还将设备的信号地，机壳与大地连在一起，以大地作为设备的接地参考点。设备接大地的目的是 1）保证设备操作人员人身的安全。 2）泄放机箱上所积累的电荷，避免电荷积累使机箱电位升高，造成电路工作的不稳定。 3）避免设备在外界电磁环境的作用下使设备对大地的电位发生变化，造成设备工作的不稳定。 由此可见，设备接大地除了是对人员安全、设备安全的考虑外，也是抑制骚扰发生的重要手段。 3.3 屏蔽 抑制开关电源产生的骚扰辐射的有效方法是屏蔽，即用电导率良好的材料对电场屏蔽，用磁导率高的材料对磁场屏蔽。为了防止脉冲变压器的磁场泄露，可利用闭合环形成磁屏蔽，另外，还要对整个开关电源进行电场屏蔽。屏蔽应

15、考虑散热和通风问题，屏蔽外壳上的通风孔最好为圆形多孔，在满足通风的条件下，孔的数量可以多，每个孔的尺寸要尽可能小。接缝处要焊接，以保证电磁的连续性，如果采用螺钉固定，注意螺钉间距要短。屏蔽外壳的引入、引出线处要采取滤波措施，否则，这些会成为骚扰发射天线，严重降低屏蔽外壳的屏蔽效果。若用电场屏蔽，屏蔽外壳一定要接地，否则，将起不到屏蔽效果；若用磁场屏蔽，屏蔽外壳则不需接地。对非嵌入的外置式开关电源的外壳一定要进行电场屏蔽，否则，很难通过辐射骚扰测试。 3.4 滤波 电源滤波器安装在电源线与电子设备之间，用于抑制电源线引出的传导骚扰，又可以降低从电网引入的传导骚扰。对提高设备的可靠性有重要的作用。

16、 开关电源产生的电磁骚扰以传导骚扰为主，而传导骚扰又分差模骚扰和共模干扰两种。通常共模骚扰要比差模骚扰产生更大的辐射型EMD。目前抑制传导EMD最有效的方法是利用无源滤波技术。 作为一种双端口网络EMD滤波器，它对骚扰的抑制性能不仅取决于滤波器本身的拓扑，而且在很大程度上也受EMD滤波器输入、输出阻抗值的影响。由于EMD滤波器阻抗和负载阻抗的可变动性以及它们可能直接与电网相连的特点，电源EMD滤波器的输入、输出阻抗不但不匹配而且常常是末知的。这就造成了EMD滤波器设计不能完全应用成熟的通信用滤波器的设计方法和理论。这是电源波波器设计面临的主要问题。 3.5 元器件布局及印制电路板布线 开关电源

17、的辐射骚扰与电流通路中的电流大小，通路的环路面积，以及电流频率的平方等三者的乘积成正比，即辐射骚扰EIAf2。运用这一关系的前提是通路尺寸远小于频率的波长。 上述关系式表明减小通路面积是减小辐射骚扰的关键，这是说开关电源的元器件要彼此紧密排列。在初级电路中，要求输入端电容、晶体管和变压器彼此靠近，且布线紧凑；在次级电路中，要求二极管、变压器和输出端电容彼此贴近。 在印制板上，将正负载流导线分别布在印制板的两面，并设法使两个载流导体彼此间保持平行，因为平行紧靠的正负载流导体所产生的外部磁场是趋向于相互抵消的。 布线间的电磁耦合是通过电场和磁场进行的，因此在布线时，应注意对电场与磁场耦合的抑制。对

18、电场的抑制方法有 1）尽量增大线间距离，使电容耦合为最小； 2）采用静电屏蔽，屏蔽层要接地； 3）降低敏感线路的输入阻抗。 对磁场的抑制方法有 1）减小骚扰源和敏感电路的环路面积； 2）增大线间距离，使耦合骚扰源与敏感电路间的互感尽可能地小； 3）最好使骚扰源与敏感电路呈直角布线，以便大大降低线路间耦合。 4 结语 开关电源电磁兼容设计的目的是使产品在一定的电磁环境下正常工作，也就是说，电源产品应满足标准规定的抗扰度极限值要求，在受到一定的电磁骚扰时，无性能的下降或故障；同时，电源产品满足标准规定的电磁极限值要求，对电磁环境不构成污染源，而实现电磁兼容。 浅谈电磁兼容及其测试 摘自“中国电子技

19、术信息网一、前言 自从麦克斯韦建立电磁理论、赫芝发现电磁波百余年来，电磁能得到了充分的利用。尤其在科学发达的今天，广播、电视、通信、导航、雷达、遥测遥控及计算机等领域得到了迅速的发展，给人类创造了巨大的物质财富，特别是信息、网络技术的爆炸性发展，使世界的对话距离和时间骤然缩短，世界的面貌焕然一新，地球村的梦想将成为现实。然而，伴随电磁能的利用，也带来了电磁干扰的产生。元用的电磁场，通过辐射和传导的途径，以场和电流(电压)的形式，侵人工作着的敏感的电子设备，使其无法正常工作。而且，如同生态环境污染一样，随着科学技术的发展.电磁环境的污染也越来越严重。它不仅对电子产品的安全与可靠性产生危害，还会对

20、人类及生态产生不良影响。当然，这种污染不会滞留和积累电磁能量，一旦电磁骚扰源停止工作，干扰也即消失。 电磁环境的不断恶化，引起了世界各工业发达国家的重视，特别是二十世纪七十年代以来，进行了大量的理论研究及实验工作。进而提出了如何使电子设备或系统在其所处的电磁环境中，能够正常的运行，而对在该环境中工作的其它设备或系统也不引人不能承受的电磁干扰的新课题。这就是所谓的电磁兼容。 电磁兼容学是一门新兴的跨学科的综合性应用学科。作为边缘技术，它以电气和元线电技术的基本理论为基础，并涉及许多新的技术领域，如微波技术、微电子技术、计算机技术、通信和网络技术、以及新材料等等。电磁兼容技术研究的范围很广，几乎所

21、有现代化工业领域，如电力、通信、交通、航天、军工、计算机和医疗等都必须解决电磁兼容问题。研究的热点内容主要有： 电磁干扰源的特性及其传输特性； 电磁干扰的危害效应； 电磁干扰的抑制技术； 电磁频谱的利用和管理； 电磁兼容性标准与规范； 电磁兼容性的测量与试验技术； 电磁泄漏与静电放电等。 电磁兼容学又是技术与管理并重的实用工程学。开展这样的工程，需要投入大量的人力和财力。国际标准化组织已经和正在制定EMC的有关标准和规范。我国在这方面的起步虽然较晚，但发展很快。随着市场经济的发展，我国要参与世界技术市场的竞争，进出口的电子产品都必须通过EMC检验。因此，我国政府和相关部门越来越关注EMC问题，

22、不断制定了有关的强制性贯彻标准。各部门和军兵种也都开始研究并建立了不同规模的EMC实验室和检测中心。各种形式的技术研讨和交流，促进了EMC技术的普及、推广和应用。我国98年已立法强制对六类进口电子产品(计算机、显示器、打印机、开关电源、电视机和音响)及通信终端产品施行EMC检测。99年国家质量监督局发布了EMC认证管理办法。我国电子技术标准化研究所EMC测试实验室被美国联邦通信委员会通过了FCC认可。从2000年2月16日起，出口美国的信息技术设备和发射及接收设备，由该实验室出具的数据将被美国直接接受。目前，国内也正在审定和验收正式的EMC认证机构和实验室。 产品的EMC检测是实现电磁兼容不可

23、缺少的技术手段，强制贯彻电磁兼容标准，则是保证产品质量和提高市场竞争力的先决条件。 二、电磁兼容基本概念 关于EMC的有关概念、定义和术语，在1995年颁布的国家标准GB/T4365“电磁兼容术语”中有详细的阐述。这里仅就几个主要概念作一些辅助说明。 1电磁环境(Electromagnetic Environment) 指存在于给定场所的所有电磁现象的总和。 给定场所即空间。所有电磁现象包括全部时间与全部频谱。 2电磁兼容性(Electmmagnetic Compatibiiity-EMC) 设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。 对于EMC这一

24、概念，作为一门学科，可译为“电磁兼容”，而作为一个设备或系统的电磁兼容能力，可称为“电磁兼容性”。 由定义可以看出，EMC包括两个方面的含义，即设备或系统产生的电磁发射，不致影响其它设备或系统的功能；而本设备或系统的抗干扰能力，又足以使本设备或系统的功能不受其它干扰的影响。这就又引出了另外两个概念电磁干扰和电磁敏感度。 3电磁干扰(Electromagnetic Interference-EMI) 电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。 所谓电磁骚扰(Electmmagnetic Disturbance)是指任何可能引起装置、设备或系统性能降低或者对有生命或元生命物质产生损害作用的电磁

25、现象。它可能是电磁噪声、无用信号或传播媒介自身的变化，它可能引起设备或系统降级或损害，但不一定会形成后果。而电磁干扰则是由电磁骚扰引起的后果。电磁干扰是由干扰源、藕合通道和接收器三部分构成的。通常称作干扰的三要素。 根据干扰传播的途径，电磁干扰可分为辐射干扰和传导干扰。 辐射干扰(Radiated Interference)是通过空间并以电磁波的特性和规律传播的。但不是任何装置都能辐射电磁波的。 传导干扰(Conducted Interference)是沿着导体传播的干扰。所以传导干扰的传播要求在干扰源和接收器之间有一完整的电路连接。 4电磁敏感度(Electmmagnetic Suseept

26、ibilkrEMS) 在存在电磁骚扰的情况下，装置、设备或系统不能避免性能降低的能力。敏感度高，抗扰度低。其实二者是一个问题的两个方面，即从不同角度反映装置、设备或系统的抗干扰能力。以电平来表示，敏感度电平(刚刚开始出现性能降低时的电平)越小，说明敏感度越高，抗扰度就越低；而抗扰度电平越高，说明抗扰度也越高，敏感度就越低。 电磁敏感度也分为辐射敏感度和传导敏感度。 三、电磁干扰的危害 人们常说的射频干扰(Radio Frequency Interference-RFI)是指元线电广播范围的干扰。1934年在巴黎举行的国际无线电干扰特别委员会(CISPR)，就是第一次开始对电磁干扰及其控制技术的

27、世界性有组织的研究。在人类进入信息化社会的今天，电磁波作为一种资源已在OHz400GHz宽频范围内，广泛地用于信息技术产品中，如汽车、通信、计算机、家电等产品，大量地拥人社会和家庭。伴之而来的电磁干扰也就从甚低频到微波波段，无孔不入地辐射或传导至运行中的子设备或系统以及周围的环境。给设备或系统以及生态带来各种各样的危害。现就几个领域的电磁骚扰现象作简要介绍。 （一）信息技术设备的电磁干扰不容忽视 信息技术设备(Informatbn Technohgy Equipmem-ITE)是指用于以下目的的设备： 接收来自外部源的数据(如通过键盘、数据线输入)； 对接收到的数据进行某些处理； 提供数据输出

28、。 过去，人们往往认为，计算机是以逻辑为特征的数字系统，受自身和外来电磁干扰影响不会很大。尽管在系统设计和工程实现中，也自觉或不自觉地进行着防止和消除各种干扰的工作，然而，提到掌握和运用EMC技术上来认识和研究，其意识性还欠缺。然而，随着微电子技术的发展，计算机己朝高速度、高灵敏度、高集成和多功能方向发展，系统已是含有多种元器件和许多分系统的低压传输信息的复杂设备。高速和高密，会使系统的辐射加重，低压、高灵敏度会使系统的抗扰度降低。因此，由于电磁环境的干扰和系统内部的相互窜扰，严重地威胁着计算机和数字系统工作的稳定性、可靠性和安全性。如兼容机经常出现死机的现象就是典型一例。 （二）信息技术设备

29、的电磁泄揭威胁着信息安全 计算机的键盘、显示屏等都会使信息辐射泄漏出去。如果泄漏的是有用信息，一旦被敌方截获，将会造成巨大损失。美国是最早利用电磁辐射泄漏获取情报和重视防信息泄漏的国家。美国曾有人在纽约做过试验，将辐射信号截获设备“数据扫描器”装在汽车上，从曼哈顿南端的贝特利公园，沿华尔街缓行，对沿途的海关大楼、联邦储备银行、世界贸易中心、市政厅、警察总局、纽约电话局以及联合国总部等单位正在工作的计算机进行辐射信号监测。惊奇地发现，纽约是一个巨大的信息库。如果截获者，对其有兴趣，便可通过放大、特征提取、解密、解码等技术或信息处理等，获得有用的情报。据资料介绍，当今的截获技术相当先进，可在1公里

30、之内，获取清晰的屏幕图像。在通信方面，则往往是以传导波的方式泄漏和截获。因为，通信领域的信号传播方式主要是电缆、光缆和无线电波。所以，网络时代，传导形式的泄密更加严重。美国曾在20世纪70年代，一个潜水员在前苏联领海纵深内部的鄂霍次克海120米深的海底军事通信电缆上安装了一个6米长的窃听设备，它大量记录了所有经过电缆的通信信号。由于没有采取任何加密措施，而使大量军事通信情报轻易地落在了美国人手中。美国在信息泄漏的制技术方面也很高明。美国国家安全局和美国国防部从二十世纪六十年代就开始研究制定和逐步完善的防电磁泄漏标准，就是用于计算机及信息设备防信息泄漏的研究被称作Tempest技术。IBM开发的

31、Tempest个人计算机、打印机、显示器等产品.就有明显的市场竞争力。在网络时代，信息泄漏被认为是对网络安全的最大威胁。所以，防信息泄漏已不再只是对军事领域才有意义，而在经济领域及各行各业都应引起足够的重视了。 （三）机载系统的EMI现象 我们都知道，在飞机上不允许使用笔记本电脑、手机和听CD片等。其原因就在于避免这些设备产生电磁骚扰。一旦电磁骚扰通过飞机上的电缆线藕合到机上的敏感设备，就可能形成干扰，使设备工作不稳，甚至失控。如果这些骚扰通过机舱的窗户向外辐射，使空间的电磁环境更加复杂，而机身上有大量的传感器和数十付天线，就会因干扰而增加飞机偏离航线或造成其它事故的可能性。本来飞机设计对电磁

32、兼容性，尤其是抗扰性的要求就是非常高的。 现代交通工具越来越多的依赖于电子系统。对车载接收、监控和定位等电子控制系统来说，如果电磁抗扰度不够，就很容易受空间电磁环境干扰而不能正常工作，甚至失控造成事故。如气囊的保护失灵、定位错误等。铁路道岔的信号自动控制，如果因电磁干扰造成误控，将会给列车的行驶带来不堪设想的灾难。 （四）微波领域的电磁干扰 卫星地面站和雷达装置都会受到诸如：特高频波段的电视信号、核电信号等干扰。如美国正在研制的新一代大功率徽波武器，其频率在l100GHz范围，可想，强的微波辐射将会给电子设备或系统以及生物带来多么严重的破坏和杀伤。 移动电话正在我国蓬勃发展，可是它所产生的电磁

33、干扰给持手机的人们带来许多困扰和惊恐。目前，国家尚无关于移动电话的电磁辐射卫生标准，也无手机电磁辐射测试方法的标准.但据有关部门的初步检测和分析，认为手机的电磁辐射为点频微波辐波。手机在使用过程中，其电磁辐射以手机与基站(网)取得联系时最大，第一声铃响后，辐射逐渐减小。所以，在手机接通后的最初几秒之内，最好不要马上将手机贴耳接听。因为人的大脑和眼睛对辐射是比较敏感的，以免造成伤害。当然，在通话过程中，声调的高低、声音的大小和快慢也会使辐射有所不同。另外，手机的类型不同，天线的内置或外置，其辐射都会有些差别。 （五）EMI对医疗卫生设备或系统的危害 当今，许多医疗设备都采用了先进的电子和信息技术

34、。这些设备的抗扰度如何，直接关系到人们的生命安危。如心脏起膊器，往往就会受到来自计算机、手机等的电磁干扰，使其功能发生变化。据说，一付由生物电控制的假肢，在高压线下受到电磁干扰后人仰车翻。所以医疗设备的电磁兼容性设计尤为重要，医疗单位的电磁环境值得关注。 另外，雷电和静电放电的危害，也属电磁危害范畴，其危害的严重性是人们多有体会和认识的。 四、坚持电磁兼容设计，确保产品质量 EMC学科的建立和一系列电磁兼容标准的制定，为我们从理论与实践的结合上实现产品或系统的电磁兼容提供了指导。 EMC设计的目标是通过EMC测试和认证。 EMC设计的最终目的是为了使我们的设备或系统能在预定的电磁环境中正常、稳

35、定的工作，并对该电磁环境中的任何事物不构成电磁骚扰，即实现电磁兼容。 EMC设计涉及的内容很多。从原理上讲，要研究 干扰的三要素(干扰源、干扰的藕合通道和接收器)和 抑制干扰措施等。从技术来说，主要是如何运用滤波、 接地和屏蔽三大技术。 电磁兼容设计的基本原则和方法，首先是根据产品设计对EMC提出的要求和相应的指标，然后，依据电磁兼容的有关标准和规范，将设计产品的电磁兼容性指标要求分解成元器件级、电路级、模块级和产品级的指标要求，再按照各级要实现的功能要求，逐级分层次的进行设计。 电磁兼容性设计应考虑的问题很多，但从根据上讲，就是如何提高设备的抗扰度和防止电磁泄漏。通常采取的措施，一方面设备或

36、系统本身应选用互相干扰最小的设备、电路和部件，并进行合理的布局。再就是通过接地、屏蔽及滤波技术，抑制与隔离电磁骚扰。对不同的设备或系统有不同的设计方法和措施。下面具体谈点粗浅认识。 （一）元器件的选择和电路的分析是EMC设计的基础 以计算机为例.它是以数字电路为主，以低电平传输信号的设备。所用的数字集成电路既是干扰源，又是干扰的敏感器件，以存储器为代表的MOS器件就是一个典型例子。存储器瞬间工作时能产生很大电流，加之工作频率可达百兆以上，因而易产生窜扰，造成误动作或通过公共阻抗干扰其它电路。但另一方面，MOS器件本身的抗扰性又很差。数字电路传送脉冲信号，产生的辐射频率范围很宽，如时钟产生器、高

37、速逻辑电路等都会产生高频干扰和电磁泄漏，同时也会受通信、电视等频段的电磁骚扰。因此，在设计时要考虑选用抗干扰器件，合理确定指标和运用接地、屏蔽等技术。 （二）电珠系统的电磁兼容性设计 无论是信息技术设备还是无线电电子、电气产品都要有电源供电。电源有外电源和内电源，电源是典型的也是危害严重的电磁干扰源。如电网的冲击，尖峰电压可高达千伏以上，会给设备或系统带来毁灭性的破坏。另外，电源干线是多种干扰信号侵人设备的途径。因此，电源系统，特别是开关电源的EMC设计是部件级设计的重要环节。其措施多种多样，诸如供电电缆直接从电网总闸引出，电网引出的交流经稳压、低通滤波、电源变压器绕组间的隔离、屏蔽以及浪涌抑

38、制和过压过流保护等。 （三）接地系统的抗干扰设计 良好的接地可以保护设备或系统的正常操作以及人身安全。可以消除各种电磁干扰和雷击等。所以接地设计是非常重要的，但也是难度较大的课题。地线的种类很多，有逻辑地、信号地、屏蔽地、保护地等。接地的方式也可分单点接地、多点接地、混合接地和悬浮地等。理想的接地面应为零电位，各接地点之间无电位差。但实际上，任何“地”或接地线都有电阻。当有电流通过时，就会产生压降，使地线上的电位不为零，两个接地点之间就会存在地电压。当电路多点接地，井有信号联系时，就将构成地环路干扰电压。因此，接地技术十分讲究，如信号接地与电源接地要分开，复杂电路采用多点接地和公共地等。 （四

39、）印制电路板的EMC设计 元器件、电路和地线引起的骚扰都会在印制电路板上反映出来。因此，印制电路板的EMC工程设计非常关键。印制电路板的布线要合理，如采用多层板，电源线与地线靠近，时钟线、信号线与地线的臣离要近等，以减少电路工作时引起内部噪声。严格执行印制电路板的工艺标准和规范，模拟和数字电路分层布局，以达到板上各电路之间的相互兼容。 另外，值得注意的是在进行EMC设计时，一定不能忽略对静电放电(ESD)的防护。ESD防护的关键，一是防止静电核的产生和积累，再就是阻隔ESD效应的发生。阻止披电的方法和措施很多，这里不做赘述。 五、掌握并运用EMC测试技术 EMC设计与EMC测试是相辅相成的。E

40、MC设计的好坏是要通过EMC测试来衡量的。只有在产品的EMC设计和研制的全过程中，进行EMC的相容性预测和评估，才能及早发现可能存在的电磁干扰，并采取必要的抑制和防护措施，从而确保系统的电磁兼容性。否则，当产品定型或系统建成后再发现不兼容的题，则需在人力、物力上花很大的代价去修改设计或采用补救的措施。然而，往往难以彻底的解决问题，而给系统的使用带来许多麻烦。 EMC测试包括测试方法、测量仪器和试验场所，测试方法以各类标准为依据，测量仪器以频域为基础，试验场地是进行EMC测试的先决条件，也是衡量EMC工作水平的重要因素。EMC检测受场地的影响很大，尤其以电磁辐射发射、辐射接收与辐射敏感度的测试对

41、场地的要求最为严格。目前，国内外常用的试验场地有：开阔场、半电波暗室、屏蔽室和横电磁波小室等。 作为EMC测试的实验室大体有两种类型：一种是经过EMC权威机构审定和质量体系认证而且具有法定测试资格的综合性设计与测试实验室。或称检测中心。它包括有进行传导干扰、传导敏感度及静电放电敏感度测试的屏蔽室，有进行辐射敏感度测试的消声屏蔽室，有用来进行辐射发射测试的开阔场地和配备齐全的测试与控制仪器设备。要建立这样一套完善的实验室需投入几百万甚至数千万元人民币。目前，国内已有数家已建成或正在投资兴建。 另一种类型就是根据本单位的实际需要和经费情况而建立的具有一定测试功能的EMC实验室。比起大型的综合实验室

42、，这类测试实验室规模小，造价低。主要适用于预相容测试和EMC评估。也就是为了使产品在最后进行EMC认证之前，具有自测试和评估的手段。如有不足，还可充分利用社会成果，内外合作，相互比对和交流，以达节约开支，改进设计，不断提高产品的电磁兼容性之目的。 在测试仪器方面，以频谱分析仪为核心的自动检测系统，可以快捷、准确地提供EMC有关参数。新型的EMC扫描仪与频谱仪相结合，实现了电磁辐射的可视化。可对系统的单个元器件，PCB板、整机与电缆等进行全方位的三维测试，显示真实的电磁辐射状况。 EMC测试必须依据EMC标准和规范给出的测试方法进行，并以标准规定的极限值作为判据。对于预相容测试，尽管不可能保证产

43、品通过所有项目的标准测试，但至少可以消除绝大部分的电磁干扰，从而提高产品的可信度。而且能够指出你如何改进设计、抑制EMI发射。 六、结束语 EMC作为一门多学科的高新技术，以其在质量保证体系中的重要作用而逐渐被人们所认识。坚持电磁兼容性设计，提高贯彻EMC标准的意识性。消除电磁干扰，实现电磁兼容，从根本上提高产品的质量与可靠性。 什么是电磁干扰（EMI）和电磁兼容性(EMC)? (Electromagnetic Interference)，有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合（干扰）到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合（干扰）到另一个电网

44、络。在高速PCB及系统设计中，高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。 自从电子系统降噪技术在70年代中期出现以来，主要由于美国联邦通讯委员会在1990年和欧盟在1992提出了对商业数码产品的有关规章，这些规章要求各个公司确保它们的产品符合严格的磁化系数和发射准则。符合这些规章的产品称为具有电磁兼容性EMC（Electromagnetic Compatibility）。 什么是信号完整性(signal integrity)? 信号完整性是指信号在信号线上的质量。信号具有良好的信号完整性是指当在需要的时

45、候，具有所必需达到的电压电平数值。差的信号完整性不是由某一单一因素导致的，而是板级设计中多种因素共同引起的。主要的信号完整性问题包括反射、振荡、地弹、串扰等。 常见信号完整性问题及解决方法 问题可能原因解决方法其他解决方法 过大的上冲终端阻抗不匹配终端端接使用上升时间缓慢的驱动源 直流电压电平不好线上负载过大以交流负载替换直流负载在接收端接重新布线或检查地平面 过大的串扰 线间耦合过大使用上升时间缓慢的发送驱动器使用能提供更大驱动电流的驱动源 时延太大传输线距离太长替换或重新布线, 检查串行端接使用阻抗匹配的驱动源, 变更布线策略 振荡阻抗不匹配在发送端串接阻尼电阻 什么是反射(reflect

46、ion)? 反射就是在传输线上的回波。信号功率(电压和电流)的一部分传输到线上并达到负载处，但是有一部分被反射了。如果源端与负载端具有相同的阻抗，反射就不会发生了。 源端与负载端阻抗不匹配会引起线上反射，负载将一部分电压反射回源端。如果负载阻抗小于源阻抗，反射电压为负，反之，如果负载阻抗大于源阻抗，反射电压为正。布线的几何形状、不正确的线端接、经过连接器的传输及电源平面的不连续等因素的变化均会导致此类反射。 什么是串扰(crosstalk)? 串扰是两条信号线之间的耦合，信号线之间的互感和互容引起线上的噪声。容性耦合引发耦合电流，而感性耦合引发耦合电压。PCB板层的参数、信号线间距、驱动端和接

47、收端的电气特性及线端接方式对串扰都有一定的影响。 什么是过冲(overshoot)和下冲(undershoot)? 过冲就是第一个峰值或谷值超过设定电压对于上升沿是指最高电压而对于下降沿是指最低电压。下冲是指下一个谷值或峰值。过分的过冲能够引起保护二极管工作，导致过早地失效。过分的下冲能够引起假的时钟或数据错误(误操作)。 什么是振荡(ringing)和 环绕振荡（rounding）? 振荡的现象是反复出现过冲和下冲。信号的振荡和环绕振荡由线上过度的电感和电容引起，振荡属于欠阻尼状态而环绕振荡属于过阻尼状态。信号完整性问题通常发生在周期信号中，如时钟等，振荡和环绕振荡同反射一样也是由多种因素引

48、起的，振荡可以通过适当的端接予以减小，但是不可能完全消除。 什么是地电平面反弹噪声和回流噪声? 在电路中有大的电流涌动时会引起地平面反弹噪声（简称为地弹），如大量芯片的输出同时开启时，将有一个较大的瞬态电流在芯片与板的电源平面流过，芯片封装与电源平面的电感和电阻会引发电源噪声，这样会在真正的地平面（0V）上产生电压的波动和变化，这个噪声会影响其它元器件的动作。负载电容的增大、负载电阻的减小、地电感的增大、同时开关器件数目的增加均会导致地弹的增大。 由于地电平面（包括电源和地）分割，例如地层被分割为数字地、模拟地、屏蔽地等，当数字信号走到模拟地线区域时，就会产生地平面回流噪声。同样电源层也可能会

49、被分割为2.5V，3.3V，5V等。所以在多电压PCB设计中，地电平面的反弹噪声和回流噪声需要特别关心。 在时域(time domain)和频域(frequency domain)之间有什么不同? 时域(time domain)是以时间为基准的电压或电流的变化的过程，可以用示波器观察到。它通常用于找出管脚到管脚的延时(delays)、偏移(skew)、过冲(overshoot)、下冲(undershoot)以及建立时间(settling times)。 频域(frequency domain)是以频率为基准的电压或电流的变化的过程，可以用频谱分析仪观察到。它通常用于波形与FCC和其它EMI控制

50、限制之间的比较。 什么是阻抗(impedance)? 阻抗是传输线上输入电压对输入电流的比率值(Z0=V/I)。当一个源送出一个信号到线上，它将阻碍它驱动，直到2*TD时，源并没有看到它的改变，在这里TD是线的延时(delay)。 什么是建立时间(settling time)? 建立时间就是对于一个振荡的信号稳定到指定的最终值所需要的时间。 什么是管脚到管脚(pin-to-pin)的延时(delay)? 管脚到管脚延时是指在驱动器端状态的改变到接收器端状态的改变之间的时间。这些改变通常发生在给定电压的50%，最小延时发生在当输出第一个越过给定的阈值(threshold)，最大延时发生在当输出最

51、后一个越过电压阈值(threshold) ，测量所有这些情况。 什么是偏移(skew)? 信号的偏移是对于同一个网络到达不同的接收器端之间的时间偏差。偏移还被用于在逻辑门上时钟和数据达到的时间偏差。 什么是斜率(slew rate)? Slew rate就是边沿斜率(一个信号的电压有关的时间改变的比率)。I/O 的技术规范 (如PCI)状态在两个电压之间，这就是斜率(slew rate)，它是可以测量的。 什么是静态线(quiescent line)? 在当前的时钟周期内它不出现切换。另外也被称为 stuck-at 线或static线。串扰(Crosstalk)能够引起一个静态线在时钟周期内出现切换。 什么是假时钟(false clocking)? 假时钟是指时钟越过阈值(threshold)无意识地改变了状态(有时在VIL 或VIH之间)。通常由于过分的下冲(undershoot)或串扰(crosstalk)引起。 什么是IBIS模型? IBIS（Input/Output Buffer Information Specification）模型是一种基于V/I曲线的对I/O BUFFER快速准 确建模的方法，是反映芯片驱动和接