电磁兼容性基础知识及其实现-电磁兼容性定义

电磁兼容性基础知识及其实现-电磁兼容性定义

来源:中国电磁兼容网https://www.360docs.net/doc/6116853336.html,/作者: 王清洲

摘要：从常用的电磁兼容性基础和到一般电磁辐射以及电磁干扰的解决方案

主题词：电磁兼容电磁干扰滤波接地屏蔽辐射

1 概述

1.1 电子设备的电磁兼容性

电磁兼容性技术又称环境电磁学，在开始的时候它仅仅考虑的是对无线电广播带来的射频干扰。但当今电子产品的数量越来越多，各种电子设备发射功越来越大，电子设备系统的灵敏度越来越高，并且接收微弱信号能力越来越强，同时电子产品频带也越来越宽，尺寸越来越小，相互影响也越来越大。因此电磁骚扰不再局限于辐射，还要考虑感应、耦合和传导等引起的电磁干扰，如电磁辐射照射对生物的危害、静电、雷电等都属于电磁兼容性范畴。但本书只讨论电子设备的系统分系统的电磁兼容性问题。

电磁兼容三要素是干扰源（骚扰源）、耦合通路和敏感体。切断以上任何一项都可解决电磁兼容问题，如图1所示。（下图）图中RE为辐射发射，RS为辐射敏感度，CE为传导发射，CS为传导敏感度。

电磁兼容的解决方案常用的方法主要有屏蔽、接地和滤波，但是这三者或者这三者以外的方案有着必然的联系。

1.2电磁兼容性定义

1.2.1 电磁兼容性

电磁兼容是电子设备系统工程重要指标，是质量可靠性的重要指标，例：武器系统的有限空间极少，不好使用一些屏蔽技术，滤波技术等，在技术上，当今社会要求电子设备抗干扰能力越来越强，此外，电子设备在结构上和选料等问题，都决定电磁兼容是否有问题。-------- 设备或者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。

1.2.2电磁骚扰

任何可能引起设备、装置或系统性能降低或者对有生命或者无生命物质产生损害作用的电磁现象。

1.2.3 电磁干扰

电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。它的主要要素有自然和人为的骚扰源、通

过公共地线阻抗/内阻的耦合、沿电源线传导的电磁骚扰和辐射干扰等。电子系统受干扰路经为经过电源，经过信号线或控制电缆，场渗透，经过天线直接进入；并且有电缆耦合，从其它设备来的传导干扰，电子系统内部场耦合，其它设备的辐射干扰，其它设备的辐射干扰，电子外部耦合到内部场，电子外部耦合到内部场，宽带发射机天线系统，外部环境场等等。

1.2.4 电磁环境

一种明显不传送信息的时变电磁现象，它可能与有用信号叠加或组合。

1.2.5 电磁辐射

a.电磁波形式由源发射到空间的现象。

b.电磁波的形式在空间的现象。

注：“电磁辐射”一词的含义有时也可引申，将电磁感应现象也包含在内。

RFI/EMI可以通过任何一种设备机壳的开口、通风孔、出入口、电缆、测量孔、门框、舱盖、抽屉和面板，以及机壳的非理想连接面等进行辐射。RFI/EMI也可由进入敏感设备的导线和电缆进行辐射，任何一个良好的电磁能量辐射器也可以作为良好的接收器。

1.2.6 脉冲

在短时间内突变，随后又迅速返回其初始值的物理量。

1.2.7共模和差模干扰

电源线上的干扰有共模和差模两种方式，如下图所示。

共模干扰存在于电源任何一相对大地、或中线对大地间。共模干扰有时也称纵模干扰、不对称干扰或接地干扰。这是载流导体与大地之间的干扰。差模干扰存在于电源相线与中线及相线与相线之间。差模干扰也称常模干扰、横模干扰或对称干扰。这是载流导体之间的干扰。共模干扰提示了干扰是由辐射或串扰耦合到电路中来到的。而差模干扰则提示了干扰是源于同一条电源电路的。通常这两种干扰是同时存在的，由于线路阻抗的不平衡，两种干扰在传输中还会相互转化，所以情况十分复杂。干扰经长距离传输后，差模分量的衰减要比共模大，这是因为线间阻抗与线—地阻抗不同的缘故。出于同一原因，共模干扰在线路传输中还会向邻近空间辐射，而差模则不会，因此共模干扰比差模更容易造成电磁干扰。不同的干扰方式要采取不同的干扰抑制方法才

有效。判断干扰方式的简便方法是采用电流探头。探头先单独环绕每根导线，得出单根导线的感应值；然后再环绕两根导线（其中一根是地线）探测其感应情况。如感应值是增加的，则线路中干扰电流是共模的；反之则是差模的。

1.2.8抗扰度电平

将某给定的电磁骚扰施加于某一装置、设备或者系统而其仍然能够正常工作并保持所需性能等级时的最大骚扰电平。也就是说，超过此电平时该装置的系统、设备就会出现性能降低。而敏感性电平是指刚刚开始出现性能降低的电平。所以对某一装置、设备或者系统而言，扰性电平与敏感性电平是同一个数值。

1.2.9抗扰度裕量

装置、设备或者系统的抗扰度限值与电磁兼容电平之间的差值。

2．1 滤波

滤波技术是抑制干扰的一种有效措施，尤其是在对付开关电源EMI信号的传导干扰和某些辐射干扰方面，具有明显的效果。任何电源线上传导干扰信号，均可用差模和共模干扰信号来表示。差模干扰在两导线之间传输，属于对称性干扰；共模干扰在导线与地(机壳)之间传输，属于非对称性干扰。

在一般情况下，差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小，共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。因此，欲削弱传导干扰，把EMI信号控制在有关EMC标准规定的极限电平以下。除抑制干扰源以外，最有效的方法就是在开关电源输入和输出电路中加装EMI滤波器。一般设备的工作频率约为10～50 kHz。EMC很多标准规定的传导干扰电平的极限值都是从10 kHz算起。对开关电源产生的高频段EMI信号，只要选择相应的去耦电路或网络结构较为简单的EMI滤波器，就不难满足符合EMC标准的滤波效果。

2.1 .1瞬态干扰是指交流电网上出现的浪涌电压、振铃电压、火花放电等瞬间干扰信号，其特点是作用

时间极短，但电压幅度高、瞬态能量大。瞬态干扰会造成单片开关电源输出电压的波动；当瞬态电压叠加在整流滤波后的直流输入电压ＶＩ上，使ＶＩ超过内部功率开关管的漏－源击穿电压Ｖ（ＢＲ）ＤＳ时，还会损坏ＴＯＰＳｗｉｔｃｈ芯片，因此必须采用抑制措施。

通常，静电放电（ESD）和电快速瞬变脉冲群（EFT）对数字电路的危害甚于其对模拟电路的影响。

静电放电在5 —200MHz的频率范围内产生强烈的射频辐射。此辐射能量的峰值经常出现在35MHz —45MHz之间发生自激振荡。许多I/O电缆的谐振频率也通常在这个频率范围内，结果，电缆中便串入了大量的静电放电辐射能量。

当电缆暴露在4 — 8kV静电放电环境中时，I/O电缆终端负载上可以测量到的感应电压可达到600V。这个电压远远超出了典型数字的门限电压值0.4V。典型的感应脉冲持续时间大约为400纳秒。

将I/O电缆屏蔽起来，且将其两端接地，使内部信号引线全部处于屏蔽层内，可以将干扰减小60 —70dB，负载上的感应电压只有0.3V或更低。

电快速瞬变脉冲群也产生相当强的辐射发射，从而耦合到电缆和机壳线路。电源线滤波器可以对电源进行保护。线—地之间的共模电容是抑制这种瞬态干扰的有效器件，它使干扰旁路到机壳，而远离内部电路。当这个电容的容量受到泄漏电流的限制而不能太大时，共模扼流圈必须提供更大的保护作用。这通常要求使用专门的带中心抽头的共模扼流圈，中心抽头通过一只电容（容量由泄漏电流决定）连接到机壳。共模扼流圈通常绕在高导磁率铁氧体芯上，其典型电感值为15 ～ 20mH。

2．1.2传导的抑制

往往单纯采用屏蔽不能提供完整的电磁干扰防护，因为设备或系统上的电缆才是最有效的干扰接收与发射天线。许多设备单台做电磁兼容实验时都没有问题，但当两台设备连接起来以后，就不满足电磁兼容的要求了，这就是电缆起了接收和辐射天线的作用。唯一的措施就是加滤波器，切断电磁

干扰沿信号线或电源线传播的路径，与屏蔽共同够成完善的电磁干扰防护，无论是抑制干扰源、消除耦合或提高接收电路的抗能力，都可以采用滤波技术。针对不同的干扰，应采取不同的抑制技术，由简单的线路清理，至单个元件的干扰抑制器、滤波器和变压器，再至比较复杂的稳压器和净化电源，以及价格昂贵而性能完善的不间断电源，下面分别作简要叙述。

2．1.3 专用线路

只要通过对供电线路的简单清理就可以取得一定的干扰抑制效果。如在三相供电线路中认定一相作为干扰敏感设备的供电电源；以另一相作为外部设备的供电电源；再以一相作为常用测试仪器或其他辅助设备的供电电源。这样的处理可避免设备间的一些相互干扰，也有利于三相平衡。

值得一提的是在现代电子设备系统中，由于配电线路中非线性负载的使用，造成线路中谐波电流的存在，而零序分量谐波在中线里不能相互抵消，反而是叠加，因此过于纤细的中线会造成线路阻抗的增加，干扰也将增加。同时过细的中线还会造成中线过热。

2.1.4 瞬变干扰抑制器

属瞬变干扰抑制器的有气体放电管、金属氧化物压敏电阻、硅瞬变吸收二极管和固体放电管等多种。

其中金属氧化物压敏电阻和硅瞬变吸收二极管的工作有点象普通的稳压管，是箝位型的干扰吸收器件；而气体放电管和固体放电管是能量转移型干扰吸收器件（以气体放电管为例，当出现在放电管两端的电压超过放电管的着火电压时，管内的气体发生电离，在两电极间产生电弧。由于电弧的压降很低，使大部分瞬变能量得以转移，从而保护设备免遭瞬变电压破坏）。瞬变干扰抑制器与被保护设备并联使用。

2.1.5气体放电管

气体放电管也称避雷管，目前常用于程控交换机上。避雷管具有很强的浪涌吸收能力，很高的绝缘电阻和很小的寄生电容，对正常工作的设备不会带来任何有害影响。但它对浪涌的起弧响应，与对直流电压的起弧响应之间存在很大差异。例如90V气体放电管对直流的起弧电压就是90V，而对5kV/μs的浪涌起弧电压最大值可能达到1000V。这表明气体放电管对浪涌电压的响应速度较低。故它比较适合作为线路和设备的一次保护。此外，气体放电管的电压档次很少。

2.1.6金属氧化物压敏电阻

由于价廉，压敏电阻是目前广泛应用的瞬变干扰吸收器件。描述压敏电阻性能的主要参数是压敏电阻的标称电压和通流容量即浪涌电流吸收能力。前者是使用者经常易弄混淆的一个参数。压敏电阻标称电压是指在恒流条件下（外径为7mm以下的压敏电阻取0.1mA；7mm以上的取1mA）出现在压敏电阻两端的电压降。由于压敏电阻有较大的动态电阻，在规定形状的冲击电流下（通常是8/20μs 的标准冲击电流）出现在压敏电阻两端的电压（亦称是最大限制电压）大约是压敏电阻标称电压的

1.8～2倍（此值也称残压比）。

这就要求使用者在选择压敏电阻时事先有所估计，对确有可能遇到较大冲击电流的场合，应选择使用外形尺寸较大的器件（压敏电阻的电流吸收能力正比于器件的通流面积，耐受电压正比于器件厚度，而吸收能量正比于器件体积）。

使用压敏电阻要注意它的固有电容。根据外形尺寸和标称电压的不同，电容量在数千至数百pF之间，这意味着压敏电阻不适宜在高频场合下使用，比较适合于在工频场合，如作为晶闸管和电源进线处作保护用。

特别要注意的是，压敏电阻对瞬变干扰吸收时的高速性能（达ns）级，故安装压敏电阻必须注意其引线的感抗作用，过长的引线会引入由于引线电感产生的感应电压（在示波器上，感应电压呈尖刺状）。引线越长，感应电压也越大。为取得满意的干扰抑制效果，应尽量缩短其引线。

关于压敏电阻的电压选择，要考虑被保护线路可能有的电压波动（一般取1.2～1.4倍）。如果是交流电路，还要注意电压有效值与峰值之间的关系。所以对220V线路，所选压敏电阻的标称电压应当是220×1.4×1.4≈430V。

此外，就压敏电阻的电流吸收能力来说，1kA（对8/20μs的电流波）用在晶闸管保护上，3kA用在电器设备的浪涌吸收上；5kA用在雷击及电子设备的过压吸收上；10kA用在雷击保护上。

压敏电阻的电压档次较多，适合作设备的一次或二次保护。

2.1.7硅瞬变电压吸收二极管（TVS管）

硅瞬变电压吸收二极管具有极快的响应时间（亚纳秒级）和相当高的浪涌吸收能力，及极多的电压档次。可用于保护设备或电路免受静电、电感性负载切换时产生的瞬变电压，以及感应雷所产生的过电压。

TVS管有单方向（单个二极管）和双方向（两个背对背连接的二极管）两种，它们的主要参数是击穿电压、漏电流和电容。

使用中TVS管的击穿电压要比被保护电路工作电压高10％左右，以防止因线路工作电压接近TVS击穿电压，使TVS漏电流影响电路正常工作；也避免因环境温度变化导致TVS管击穿电压落入线路正常工作电压的范围。

TVS管有多种封装形式，如轴向引线产品可用在电源馈线上；双列直插的和表面贴装的适合于在印刷板上作为逻辑电路、I/O总线及数据总线的保护。

TVS管在使用中应注意的事项：

·对瞬变电压的吸收功率（峰值）与瞬变电压脉冲宽度间的关系。手册给的只是特定脉宽下的吸收功率（峰值），而实际线路中的脉冲宽度则变化莫测，事前要有估计。对宽脉冲应降额使用。

·对小电流负载的保护，可有意识地在线路中增加限流电阻，只要限流电阻的阻值适当，不会影响线路的正常工作，但限流电阻对干扰所产生的电流却会大大减小。这就有可能选用峰值功率较小的TVS管来对小电流负载线路进行保护。

·对重复出现的瞬变电压的抑制，尤其值得注意的是TVS管的稳态平均功率是否在安全范围之内。

·作为半导体器件的TVS管，要注意环境温度升高时的降额使用问题。

·特别要注意TVS管的引线长短，以及它与被保护线路的相对距离。

·当没有合适电压的TVS管供采用时，允许用多个TVS管串联使用。串联管的最大电流决定于所采用管中电流吸收能力最小的一个。而峰值吸收功率等于这个电流与串联管电压之和的乘积。

·TVS管的结电容是影响它在高速线路中使用的关键因素，在这种情况下，一般用一个TVS管与一个快恢复二极管以背对背的方式连接，由于快恢复二极管有较小的结电容，因而二者串联的等效电容也较小，可满足高频使用的要求。

·固体放电管

固体放电管是一种较新的瞬变干扰吸收器件，具有响应速度较快（10～20ns级）、吸收电流较大、动作电压稳定和使用寿命长等特点。

固体放电管与气体放电管同属能量转移型。图2.2为其伏安特性。当外界干扰低于触发电压时，管子呈截止状。一旦干扰超出触发电压时，伏安特性发生转折，进入负阻区，此时电流极大，而导通电阻极小，使干扰能量得以转移。随着干扰减小，通过放电管电流的回落，当放电管的通过电流低于维持电流时，放电管就迅速走出低阻区，而回到高阻态，完成一次放电过程。

固体放电管的一个优点是它的短路失效模式（器件失效时，两电极间呈短路状），为不少应用场合所必须，已在国内外得到广泛应用。

固体放电管的电压档次较少，比较适合于作网络、通信设备，乃至部件一级的保护。

2.1.8 电源线滤波器

电源线滤波器安装在电源线与电子设备之间，用于抑制电能传输中寄生的电磁干扰，对提高设备的可靠性有重要作用。

2.1.8.1滤波器的分类

滤波器是由集中参数的电阻、电感和电容，或分布参数的电阻、电感和电容构成的一种网络。

这种网络允许些频率通过，而对其它频率成份加以抑制。滤波器按类型一般分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器、吸收滤波器、有源滤波器和专用通滤波器。滤波器按电路一般分为单容型（C型）、单电感型（L型）、Γ型、反Γ型、T型和 p 型。不同结构的电路合适于不同的源阻抗和负载阻抗。

2.1.8.2电源线滤波器的结构

常用的电源线滤波器是由无源集中参数（电感、电容和电阻）构成的单级线路，下图所示是北京中宇豪电气有限公司常用的网络原理图。

图中电容CX位于相线与中线之间，用于衰减差模干扰，故俗称抗差模电容，其电压额定值与所用电源有关，对220V交流电源来说，常用250VAC的CBB电容。CX的典型值为几十至几百nF之间。匝数相同的L1和L2同绕在一个磁芯上，按图示同名端标注，当交流电流通过时，回路中的磁通相互抵消，不会引起磁芯饱和。但对共模电流则呈现大的感抗值，可取得大的滤波效果。鉴于图中电感的特殊作用，被称为共模电感。共模电感的电感量与通过电流的大小有关（电流小，线径细，故匝数可多些。反之亦反），典型值在几百nH至几mH之间。位于相线及中线的对地电容Cy，用来衰减共模干扰，故称为抗共模电容。考虑到电气设备要做电源输入端对外壳的工频耐压及工频泄漏电流试验，Cy的容量不宜太大，一般取

1nF至4.7nF；而耐压选3～6kVDC。电阻R用来消除可能出现在滤波器上的静电积累，在滤波器制作时不是必须的。

T型滤波器适用于信号源内阻和负载电阻比较小（如低于50Ω）的情况，p 型滤波器适用于信号源内阻和负载电阻都比较高的情况，当信号源内阻和负载电阻不相等时，可以选用L型或C型滤波电路，对于低信号源阻抗和高负载阻抗，可选L型滤波器，反之，可选用C型滤波器。选用不同型式的滤波器，有助于减少信号源内阻和负载电阻对滤波器频率特性的影响。

2.1.8.3滤波器的衰减特性

滤波器最重要特性是对干扰的衰减特性，即插入损耗。

式中：E

—滤波器的插入损耗（dB）;

dB

—干扰信号通过滤波器后在负载电阻上的电压（V）；

V

1

—在没有滤波器时，干扰信号在负载电阻上的电压（V）；

V

2

低通滤波器是电磁兼容技术中采用最多的一种滤波器。

式中：F=p fRC

f —频率（Hz）；

R —信号源和负载电阻（Ω）；

C —滤波电容（F）。

式中：F=p fL/R

L —滤波线圈的电感量（H）。

其它型式的低通滤波器的插入损耗以及测试原来,见以下图片

一开关电源产品传导干扰的插入损耗曲线

50欧干扰测试系统示意图

泄露电流测试见下图:

2.1.8.4滤波器的选择

根据干扰源的特性、频率范围、电压和阻抗等参数及负载特性的要求，适当选择滤波器，一般考虑：其一，要求电磁干扰滤波器在相应工作频段范围内，能满足负载要求的衰减特性，若一种滤波器衰减量不能满足要求时，则可采用多级联，可以获得比单级更高的衰减，不同的滤波器级联，可以获得在宽频带内良好衰减特性。其二，要满足负载电路工作频率和需抑制频率的要求，如果要抑制的频率和有用信号频率非常接近时，则需要频率特性非常陡峭的滤波器，才能满足把抑制的干扰频率滤掉，只允许通过有用频率信号的要求。其三，在所要求的频率上，滤波器的阻抗必须与它连接的

干扰源阻抗和负载阻抗相匹配，如果负载是高阻抗，则滤波器的输出阻抗应为低阻；如果电源或干扰源阻抗是低阻抗，则滤波器的输出阻抗应为高阻；如果电源阻抗或干扰源阻抗是未知的或者是在一个很大的范围内变化，很难得到稳定的滤波特性，为了获得滤波器具有良好的比较稳定的滤波特性

可以在滤波器输入和输出端，同时并接一个固定电阻。其四，滤波器必须具有一定耐压能力，要根据电源和干扰源的额定电压来选择滤波器，使它具有足够高的额定电压，以保证在所有预期工作的条件下都能可靠地工作，能够经受输入瞬时高压的冲击。其五，滤波器允许通过应与电路中连续运行的额定电流一致。定电流的高了，会加大滤波器的体积和重量；定电流的低了，又会降低滤波器的可靠性。其六，滤波器应具有足够的机械强度，结构简单、重量轻、体积小、安装方便，安全可靠。

2.1.8.5滤波器的安装

设计合理的电源滤波器安装时要在电源线和负载之间有效的隔离。但如果因为电源滤波器的安装方式不好而使得滤波性能不能发挥，甚至起到反作用。只有恰当地安装滤波器才能获得良好的效果，一般考虑：其一，滤波器最好安装在干扰源出口处，再将干扰源和滤波器完全屏蔽起来。如果干扰源内腔空间有限，则应在靠近干扰源电源线出口外侧，滤波器壳体与干扰源壳体应进行良好的搭接。其二，滤波器的输入和输出线必须分开，防止输入端与输出端线路耦合，降低滤波特性，通常利用隔板或底盘来固定滤波器。若不能实施隔离方法，则采用屏蔽引线。其三，滤波器中电容器导线应尽量短，以防止感抗与容抗在某频率上形成谐振。其四，滤波器接地线上有很大的短路电流，能辐射电磁干扰，要进行良好的屏蔽。其五，焊接在同一插座上的每根导线必须进行滤波，否则会使滤波的衰减特性完全失去。其六，管状滤波器必须完全同轴安装，使电磁干扰电流成辐射状流过滤波器。

2.2 PCB的电磁兼容性设计

印制电路板(PCB)是电子产品中电路元件和器件的支撑件．它提供电路元件和器件之间的电气连接。随着电于技术的飞速发展，PGB的密度越来越高。PCB设计的好坏对抗干扰能力影响很大．因此，在进行PCB设计时．必须遵守PCB设计的一般原则，并应符合抗干扰设计的要求。要使电子电路获得最佳性能，元器件的布且及导线的布设是很重要的。为了设计质量好、造价低的PCB．应遵循以下一般原则：

2.2.1 布局

首先，要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加；过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后．再确定特殊元件的位置。最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。

2.2.2尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受

干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。

2.2.3某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引出意外

短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。

2.2.4重量超过15g的元器件、应当用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、发热量多的元

器件，不宜装在印制板上，而应装在整机的机箱底板上，且应考虑散热问题。热敏元件应

远离发热元件。

2.2.5对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构

要求。若是机内调节，应放在印制板上方便于调节的地方；若是机外调节，其位置要与调

节旋钮在机箱面板上的位置相适应。

2.2.6应留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。

根据电路的功能单元．对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则：

2.2.6.1按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能

保持一致的方向。

2.2.6.2以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地

排列在PCB上．尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。

2.2.6.3在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行

排列。这样，不但美观．而且装焊容易．易于批量生产。

2.2.6.4位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。电路板的最佳形状为矩形。

长宽比为3：2成4：3。电路板面尺寸大于200x150mm时．应考虑电路板所受的机械强度。

2.2.7 布线

布线的原则如下：

2.2.7.1输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线，以免发生反馈藕合。

2.2.7.2印制摄导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过它们的电流值决定。当铜箔厚度为 0.05mm、宽度为 1 ~ 15mm 时．通过 2A的电流，温度不会高于3℃，因此．导线宽度为1.5mm 可满足要求。对于集成电路，尤其是数字电路，通常选0.02~0.3mm导线宽度。当然，只要允许，还是尽可能用宽线．尤其是电源线和地线。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路，尤其是数字电路，只要工艺允许，可使间距小至5~8mm。

2.2.7.3印制导线拐弯处一般取圆弧形，而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。此外，尽量避免使用大面积铜箔，否则．长时间受热时，易发生铜箔膨胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时，最好用栅格状．这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。

2.2.7.4印刷线路板的布线要注意以下问题：专用零伏线，电源线的走线宽度≥1mm；电源线和地线尽可能靠近，整块印刷板上的电源与地要呈“井”字形分布，以便使分布线电流达到均衡；要为模拟电路专门提供一根零伏线；为减少线间串扰，必要时可增加印刷线条间距离，注意安插一些零伏线作为线间隔离；印刷电路的插头也要多安排一些零伏线作为线间隔离；特别注意电流流通中的导线环路尺寸；如有可能在控制线（于印刷板上）的入口处加接R-C去耦，以便消除传输中可能出现的干扰因素；印刷弧上的线宽不要突变，导线不要突然拐角(≥90度)。

2.2.7.5焊盘

焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些。焊盘太大易形成虚焊。焊盘外径D一般不小于(d+1.2)mm，其中d为引线孔径。对高密度的数字电路，焊盘最小直径可取(d+1.0)mm。

2.3 PCB及电路抗干扰措施

印制电路板的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系，这里仅就PCB抗干扰设计的几项常用措施做一些说明。

2.3.1.电源线设计

根据印制线路板电流的大小，尽量加租电源线宽度，减少环路电阻。同时、使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。

2.3.2地线设计

地线设计的原则是：

2.3.3数字地与模拟地分开。若线路板上既有逻辑电路又有线性电路，应使它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地，地线应短而租，高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。

2.3.4接地线应尽量加粗。若接地线用很细的线条，则接地电位随电流的变化而变化，使抗噪性能降低。

因此应将接地线加粗，使它能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能，接地线应在2~3mm以上。2.3.5接地线构成闭环路。只由数字电路组成的印制板，其接地电路布成团环路大多能提高抗噪声能力。

2.3.6退藕电容配置

PCB设计的常规做法之一是在印制板的各个关键部位配置适当的退藕电容。

退藕电容的一般配置原则是：

2.3.6.1电源输入端跨接10 ~100uf的电解电容器。如有可能，接100uF以上的更好。

2.3.6.2原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01pF的瓷片电容，如遇印制板空隙不够，可每4~8个芯片布置一个1 ~ 10pF的但电容。

2.3.6.3对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的器件，如 RAM、ROM存储器件，应在芯片的电源线和地线之间直接入退藕电容。

2.3.6.4电容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有引线。此外，还应注意以下两点：

2.3.6.5在印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时．操作它们时均会产生较大火花放电，必须采用附图所示的 RC 电路来吸收放电电流。一般 R 取 1 ~ 2K，C取2.2 ~ 47UF。

2.3.6.6 CMOS的输入阻抗很高，且易受感应，因此在使用时对不用端要接地或接正电源。

2.3.6.7使用逻辑电路有益建议：凡能不用高速逻辑电路的就不用；在电源与地之间加去耦电容；注意长线传输中的波形畸变；用R-S触发的作按钮与电子线路之间配合的缓冲。

3.1屏蔽的理论方法

3.1.1电缆选择原则

选择导线电缆，是根据传输信号电平或功率电平，频率范围，敏感情况，隔离要求确定，只有分析信号电平与波形，才能正确规定选用导线电缆。一般原则如下：

·电源线，如此等380伏交流，220伏交流，27伏直流，一般不用屏蔽电缆，但电源线干扰大时例外。

·低频信号线，隔离要求很严格的多点接地和单点接地线路，用屏蔽双绞线。

·单点接地的音频线路和内部电源线，用双绞线。

·在重要发射射频脉冲、高频、宽频带内阻抗匹配等处，用同轴线。

·数字电路，脉冲电路，用绞合屏蔽电缆，有时需要单独屏蔽。

·高电平电源线，用镀锌钢管屏蔽。

·多点接地的音频或电源线，需要用屏蔽线。

·对低频仪表，可用单芯、单屏蔽导线。当传输中等信号电平并有良好接地系统时，效果比较好。

3.1.2屏蔽的理论方法

电磁波理是经典的理论。麦克斯威尔、法拉第和其它人在电子学之前就建立了描述电场和磁场的基本方程式。然而，对实际中的复杂硬件几乎不能直接应用这些方程式。电场和磁场的衰减用从试验中得到的方程式能够更好的表达，这些方程式在屏蔽的设计中广泛应用。

有许多因素会影响电磁能量源周围的场。源的种类赋予了场一些特征，如辐射幅度。距离源的距离和电磁波传输的媒介的特性都会影响场与屏蔽之间的相互作用。

在电磁屏蔽中，波阻抗Zw是联系这些参数的有用的概念。波阻抗定义为电场E与磁场H的比值。

源上的驱动电压决定了干扰的特性。例如，环天线中流动的电流与较低的驱动电压对应。结果是在天线附近产生较小的电场和较大的磁场，具有较低的波阻抗。另一方面，四分之一波长的距离上，所有源的波的阻抗趋近于自由空间的特征阻抗，377欧姆。这时，称为平面波，作为参考，1MHz的波长是300m。按照到源的距离，电磁波可以进一步分为两种，近场和远场。两种场的分界以波长λ除以2π的距离为分界点。λ/2π附近的区域称为过渡区。源与过渡区是近场，超过这点为远场。近场波的特性主要由源特性决定，而远场波的特性由传播媒介决定。如果源是大电流、低电压。则在的近场以磁场波为主。高电压、小电流的源产生电场为主的波。

在设计屏蔽控制辐射时，这个概念十分有用。由于这时屏蔽壳与源之间的距离通常在厘米数量级，相对于屏蔽电磁波为近场的情况。在远场，电场和磁场都变为平面波，即，波阻抗等于自由空间的特性阻抗。

知道干扰辐射的近场波阻抗对于设计控制方法是十分有用的。用能将磁通分流的高导磁率铁磁性材料可以屏蔽200KHz 以下的低阻抗波。反过来，用能将电磁波中电矢量短路的高导电性金属能够屏蔽电场波和平面波。入射波的波阻抗与屏蔽体的表面阻抗相差越大，屏蔽体反射的能量越多。因此，一块高导电率的薄铜片对低阻抗波的作用很小。屏蔽效能SE 等于吸收因子A 加上反射因子R ，加上多次返射修正因子B ，所有因子都以dB 表示。 SE=A+R+B

表3.1和表3.2给出了不同的屏蔽效能，吸收损耗的计算公式如下：

对于任何电磁干扰，屏蔽作用由三种机理构成。入射波的一部分在屏蔽体的前表面反射，另一部分被吸收，还有一部分在后表面反射.

如果吸收因子6dB 以上，多次反射因子B 可以忽略，仅当屏蔽层很薄或频率低

于20KHz 时，B 才是重要的。

在设计磁屏蔽时，特别是14KHz 以下时，除了吸收损耗外，

其它因素都可以忽略。同样，在设计电场或平面波屏蔽时，只考虑反射因子。

当一束电磁波碰到屏蔽体时，在表面上感应出电流。屏蔽的一个作用是将这些

电流在最小扰动的情况下送到大地，如果在电流的路径上有开口，电流受到扰动

要绕过开口。较长的电流路径带来附加阻抗，因此在开口上有电压降。这个电压

在开口上感应出电场并产生辐射。当开口的长度达到λ/4时，就变成效率很高

的辐射体，能够将整个屏蔽体接收到的能量通过开口发射出去。为了限制开口效

应，一个一般的规则是，如果屏蔽体的屏蔽效能要达到60dB ，开口长度在感兴

趣的最高频率处不能超过0.01λ。每隔一定间隔接触的复合或用指形簧片连接

的缝隙可以作为一系列开口来处理。

值得指出的是，材料本身的屏蔽特性并不是十分重要的，相比之下缝隙开口等

屏蔽不连续性是更应该注意的因素。

·最少保证２４小时的粘接时间。

铆钉安装

铆钉安装可以提供紧固长久的接触，塑料铆钉或铜铆钉都可以使用。

点焊

安装需要采用基本点焊方式。

焊接

需要标准的低温焊接技术完成，焊接剂通常为洁净的液态非酸性物质。

金属丝网缠带

曾经介绍过的编织金属丝网衬垫。对于金属网缠带。它是由一根单一的连续金属丝编制而成的。这种形状不会因温度的变化而改变。缠带的末端可以焊接，压接或用环氧导电胶粘接。将丝网缠带以半重叠的方式绕制在电缆上时，它可能为电缆提供一层有效的屏蔽层。金属丝网缠带通常为双层网状，如有特殊需要，也可以生产成四层甚至更多层数。较宽的丝网缠带还可以用于建造法拉第笼使用。

通常此种衬垫是用蒙乃尔合金丝、镀锡铜丝、不锈钢丝、铜丝、镀银铜丝、铝丝或锡铜合金丝编制而成的。

螺旋管衬垫

另外一种在美国较受欢迎的衬垫是使用合金材料，通常是铍青铜或者不锈钢带绕制成具有弹性，导电性和较低成本的螺旋管衬垫。

屏蔽性能

这种衬垫可以提供极佳的屏蔽性能，它具有较低的接触阻抗，它边缘的镀层可以为衬垫提供优良的防腐蚀性能，适量的压缩可以保证设备终生的优良接触。这种衬垫的屏蔽效果一般在８０dＢ以上。

于环境密封性要求更高的场合，可以使用由天然硅橡胶条和金属螺旋管衬垫结合在一起的复合型衬垫。在美国另外一种较受欢迎的衬垫是在有弹性的泡沫芯材上涂覆金属化的物质。它有弹性的外涂覆层可以提供比丝网衬垫多６０％－７０％，比指型簧片多４０％的接触面，以便保证在两个有细微不规则的金属交配面间提供良好的接触。有效的环境密封性能有时也可以通过特殊泡沫内芯提供。它多维的细胞结构滑入空隙和空格，柔软的泡沫使得机箱的门更加易于开关和锁紧。

屏蔽性能

对于这种材料从３０ＭＨｚ到１ＧＨｚ可以达到平均６０dB的衰减。

安装磁屏蔽胶带

对于小器件或者屏蔽要求不严格的场合可以用薄胶带卷起来达到屏蔽的效果，很难确定需要绕多少圈。因为磁导率的下降与被屏蔽物体的形状有关，通常要绕数圈，这相当于多层屏蔽。因此最后的方法是边绕边进行实际的测试，这种方法很容易进行修改，但很难获得比较好的屏蔽效果。

机壳上的出入口问题，使用以前讨论过的技术和材料，不难使一个机壳在从直流直到可见光电磁波频率范围内提供１１０dＢ的屏蔽效能。当然，除了低频磁场屏蔽，但在实际中不可能获得理论上的屏蔽效果，因为机壳所必须的出入口和穿透孔破坏了机壳的完整性，使屏蔽效能降低。

加载硅树脂填料。

另一方法是指形物支撑，采用铜铍合金指形支撑物应小心使用，那么就不太容易损坏。一般来讲，最好的方法是采用编织导线网或加有金属微粒的硅树脂填料

第３章讨论了在屏蔽门上用适当的填料的实践，第９章讨论了屏蔽室的门结构。但是，除了门以外，在屏蔽的设计中需要考虑以下的一些或全部因素：

·盖板；·通用孔；

·测量仪表的指示窗；·显示窗；

·电位器轴；·指示灯；

·保险丝；·开关；

·电源线和信号线连接器。

控制轴

使用金属控制轴的地方，如电位器，控制轴要穿透屏蔽外壳。因此，它们应通过填充导电填料来密封，通常使用编织金属网，控制轴应穿过填充的金属绝缘管。典型的结构其中绝缘管与机壳面板电气相连。