电磁兼容设计目的

电磁兼容设计内容清单

方案设计

）明确所开发的设备或系统要满足的电磁兼容标准。有时，根据用户的要求或实际情况（例如，周围有高灵敏度的接收机，或产生强干扰的设备），需要提出项目专用的电磁兼容要求。

）设计接口电路，尽量使用平衡接口电路。必要时，可以在接口电路上是用隔离变压器、光耦合器件等提高抗共模干扰的能力；

）电路中避免使用高速的脉冲信号，脉冲信号的上升和下降要尽量平缓，模拟电路的带宽要尽量窄（通过选择带宽适当的器件和加适当滤波电路来限制带宽）；

）尽量使用大规模集成电路，这样可以获得很小的环路面积，提高抗干扰性；

）确定系统内的关键电路部分，包括强干扰源电路、高度敏感电路，考虑对这些电路采取特殊的隔离措施（局部屏蔽、滤波）；

）确定需要隔离的电路的隔离界面。隔离界面的确定原则是:穿过界面的信号线尽量少，并且频率尽量低（以便采取滤波措施）；

）根据系统的工作原理和地线设计的原则，画出系统的地线图（地线图上可以不标具体器件、电路，仅标出不同的电路模块），不同性质的电路用不同的地线，不同的地线用不同的符号表示；

）确定需要采取哪些干扰抑制措施，例如屏蔽、滤波等，需要的屏蔽效能和滤波性能（包括频率范围、衰减量等）；

）电缆线分组，将信号线按照高频、低频、数字、模拟、电源等特性分组，不同组的信号不要安排在一根电缆内，否则不但容易造成互相干扰问题，而且不利于采取滤波措施。

、结构设计

首先确定制造屏蔽机箱的材料，分析屏蔽效能的要求，看是否有低频磁场（1KHz以下的）屏蔽要求，如果没有，可以选择钢、铝、铜等常用的材料作屏蔽材料或采用塑料机箱内部喷涂电磁屏蔽涂料。如果有低频磁场的屏蔽要求，需要采用坡莫合金等高导磁率的材料；

）如果使用高导磁率材料，是否有条件做热处理，恢复其由于加工而损失的导磁率；

）确定机箱上需要低阻抗搭接的部位；（例如屏蔽体的接缝、静电放电电流的路径、滤波器的接地、系统公共地线等）

）低阻抗搭接的实现方法(保证必要的低阻抗)，对于永久性连接，最理想的方法是焊接，对于长缝隙，要连续焊接（需要注意的是，连续焊接时会产生变形）；

）非永久性搭接的处理方法，一般采取电磁密封衬垫，选用什么种类的电磁密封衬垫，综合考虑屏蔽效能、密封衬垫安装方式、电化学相容性、价格等问题；

）安装电磁密封衬垫的表面的导电性如何保证；

）充分考虑电磁密封衬垫形成的反弹力造成面板的变形，面板的刚度要足够；

）在恶劣环境（潮湿、盐雾等环境）中使用，或衬垫材料与屏蔽基体材料电化学不相容时，用适当的环境密封措施，隔绝潮气；

）进出屏蔽机箱的电缆是否采取了措施，例如屏蔽或滤波（屏蔽一般对频率较低的干扰抑制作用较好，高频时的效果取决于屏蔽电缆的结构和屏蔽层的端接方式），电缆的屏蔽层与电缆两端的机箱是否满足“哑铃模型” 的要求；

）对于传输频率较低的信号的电缆，或一端没有屏蔽体的屏蔽电缆（如连接传感器的电缆），在电缆端口处采取滤波是最好的解决方案；

）滤波器的安装方式是否正确，是否解决了滤波器良好接地、滤波器输入输出端耦合、滤波器与电缆入口之间的导线过长等问题；

）如果使用了滤波连接器或滤波阵列板，在滤波连接器或滤波阵列板与机箱之间要安装电磁屏蔽密封衬垫；

）电源线滤波器的外壳要直接搭接在金属机箱上，电源线要尽量短；

）最好（数字设备更是如此）在电源入口使用带电源插座的滤波器；

）机箱上的缝隙或孔洞尽量远离强辐射源（例如，导线、电缆、线路板等）或敏感电路； 16）机箱上不能有任何金属物体直接穿过机箱；

）通风孔上如果使用蜂窝板，蜂窝板与机箱之间必须使用电磁密封衬垫；

）显示窗口的处理方法，如果使用屏蔽玻璃，在屏蔽玻璃与机箱之间必须使用电磁密封衬垫；

）针对设备上所有会受到静电放电试验的部位，根据电流从阻抗最小的路径流过的原则，预测一条电流泄放的路径，然后分析；静电放电路径上或附近是否有敏感电路；

）对静电放电路径附近敏感电路进行电磁屏蔽，屏蔽层接到电路地上；

）如果采用的是非屏蔽机箱，要在电缆入口处设置一块较大的金属板，为电缆接口处的滤波、电缆屏蔽层端接提供条件；

）线路板层数的确定，综合考虑电磁兼容性要求和成本，成本允许时，尽量使用四层以上的线路板，设置一层地线面；

）充分考虑器件的位置和方向；

）避免时钟谐波重合，对每个时钟信号做一张谐波表；

）对于多层线路板，要是高速信号、高敏感信号与地线层相邻布置；

）按照电路的工作频率、电平大小、数字电路/模拟电路划分，将不同性质电路分别布置在线路板的不同区域，使干扰电路与敏感电路远离；

）不同区域的电路（对应不同性质的电路）使用不同的地线和电源，不同的地线和电源在一点连接起来；

）对于多层线路板，不同区域的地线面在边缘处要满足20H法则（即，地线面的边沿要比电源层或信号线层的边沿外延出20H，H是地线面与信号线层之间的高度）；

）对于专门设置地线面的多层线路板，要避免地线面上有长缝隙（地线不连续）（不包括为了分割不同地线而有意设置的缝隙）,如果地线面上有长缝隙，不能有信号线穿过地线面上的裂缝（在缝隙的上方或下方跨过缝隙）；

）时钟信号的回路面积必须尽量小；

）在关键信号线（高频或特敏感的信号）的临近设置回流线（信号地线）；

）如果采用双层线路板，必须设置地线网络（A面打上横线，B面打上竖线，在两者相交处通过金属化过孔将两者连接起来，作为地线使用）；

）高速时钟线尽量短，并且不要换层布线，拐角不要90度，以免阻抗发生突变，造成信号反射；

）所有的走线，如果它的长度（英寸）大于信号上升/下降时间（ns），应该使用端接电阻（典型值33Ω）；

）对所有长度（英寸）大于信号上升/下降时间（ns）的走线进行仿真分析；

）高速时钟电路尽量远离I/O端口，防止高频信号耦合到电缆上，借助电缆产生功模辐射； 16）在I/O区域将逻辑地与机壳以非常低的阻抗连接起来，这点非常关键；

）I/O接口上使用独立的地线，这块独立的地线与线路板上的其它部分地线仅通过一点连接，这块地线专门为滤波和屏蔽层提供干净地；

）安装在线路板上的I/O接口滤波器，要尽量靠近电缆进出口，使滤波器和电缆连接器之间（屏蔽机箱之间）的联线最短

）I/O接口电缆的驱动电路要靠近机箱上的连接器；

）对所有I/O电缆进行共模滤波，将所有I/O电缆集中在线路板的设定I/O区域；

）作为I/O接口滤波的旁路电容与机壳之间的连接必须阻抗很低；

）芯片上安装的散热器片要多点接到信号地上；

）线路板上的局部屏蔽必须选择走线最少的界面，并对所有穿过屏蔽盒的走线滤波；

）电源解耦电容的容量尽量小；

）电源解耦电容与芯片电源引脚和地线引脚之间的引线尽量短；

）使用多只相同容量的电源解耦电容，对于双排引线器件，至少2只，对于方形封装的器件，至少4只；

、电缆设计

）扁平电缆尽量在每根信号线旁边配一根地线，条件不允许时，每两根信号线配一根地线； 2）情况允许时，使用双绞线，但是用双绞线时，注意两端电路接地，不要形成较大的地线回路；

）使用同轴电缆时，注意外层的端接和两端电路的接地，不要形成除了外层以外的第二条回流路径；

）电缆远离屏蔽体上的缝隙，开口；

）设备外部电缆的屏蔽层与屏蔽机箱要360度搭接；

）对于设备外部电缆，确保屏蔽层与屏蔽机箱之间的低阻抗搭接；

）电缆上安装铁氧体磁环，根据需要调整绕在铁氧体磁环上的导线的匝数；

）尽量不将不同的信号线安排一个连接器或电缆中。

电磁兼容的问题常发生于高频状态下，个别问题（电压跌落与瞬时中断等）除外。高频思维，总而言之，就是器件的特性、电路的特性，在高频情况下和常规中低频状态下是不一样的，如果仍然按照普通的控制思维来判断分析，则会走入设计的误区。比如：

电容，在中低频或直流情况下，就是一个储能元件，只表现为一个电容的特性，但在高频情况下，它就不仅仅是个电容了，它有一个理想电容的特性，有漏电流（在高频等效电路上表现为R），有引线电感，还在导致电压脉冲波动情况下发热的ESR（等效串联电阻），（如图）。从这个图上分析，能帮我们设计师得出很多有益的设计思路。第一，按照常规思路，1/2πfc是电容的容抗，应该是频率越高，容抗越小，滤波效果越好，即越高频的杂波越容易被泄放掉，但事实并非如此，因为引线电感的存在，一支电容仅仅在其1/2πfc=2πf L等式成立的时候，才是整体阻抗最小的时候，滤波效果才最好，频率高了低了都会滤波效果下降，由此就可以分析出结论，为什么在IC的VCC端都会加两支电容，一支电解的，一支瓷片的，并且容值一般相差100倍以上多一点。就是两支不同的电容的谐振频率点岔开了一段距离，既利于对稍高频的滤波，也利于对较低频的滤波。

其次是线缆或PCB布线的高频等效特性（如图），无论高低频，走线电阻都是客观存在，但对于走线电感，则只在较高频时候才可以显现得出来。另外就是还有一个分布电容的存在，但是，在导线附近没有导体的时候，这个分布电容有也是白搭，就像没有男人，女人也不能生孩子一样，这是一个需要两个导体才可以发挥的作用。

电感和电阻的特性比较简单，易于理解，就不赘述了。

但磁环和磁珠的高频等效特性却不得不提一下，因为磁环对高频脉动的吸波作用，与电感的表现有点类似，所以经常被认为是电感特性，但事实上错了，磁环是个电阻特性，不过这个电阻有点特别，它的阻值大小是频率的函数R(f)，如此的话，在一个带有高频波动的信号穿过磁珠的时候，高频波动会因为I2R的作用而发热，将波动干扰经过电能——磁能——热能的转化过程，所以在导线上波动比较强烈的时候，磁环摸起来会是温的。

以上是EMC专业中高频思维的基础知识，有了这些，一系列的设计经验都可以迎刃而解了。比如：

IC的VCC端为何加装两只电容，一只电解电容，一只瓷片电容，是因为电容的高频等效特性，引线电感和电容的串联导致其综合阻抗随频率而变化，而在WL=(1/WC)的频率点上，是其阻抗最小的点（如图）。而且两个电容分别有自己的最小阻抗点，分别对应不同的频率点，以便于为IC不同频率范围的供电需求提供电流。

静电工作台的接地导线用宽的铜皮带和金属丝网蛇皮管，而不是黄绿的圆形接地线缆，圆形接地线缆的走线电感量偏大，不利于高频静电电荷的泄放。

线缆和线缆之间的间距不宜太近，否则会因为导线分布电容的存在而导致信号线缆之间出现串扰，当然，信号线对地线的耦合那又最好是近一点，这样，信号线上的波动干扰可以方便的泄放到地线上去。

… …

写到这里，让我不由得想起了庖丁解牛，在普通人眼里，牛就是一堆肉，但在庖丁的眼里，它是一个脉络清晰的骨架，于是就有了宛若艺术般的解剖过程，对电子工程师来说，把电子器件都当成一个高频等效的组合电路，则EMC的设计将如油画家，画出一幅美轮美奂的作品来。