电磁兼容的概念及设计方法

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电磁兼容（ElectromagneticCompatibility，EMC）是指设备或系统在其电磁环境中能够正常工作，并且不对该环境中的其他设备产生无法承受的电磁干扰的能力。EMC设计的目标是确保电子设备在复杂的电磁环境下既能抗干扰，又不会对其他设备造成干扰。

EMC设计方法1.干扰源控制：从源头减少电磁干扰的产生，例如优化电路设计、选择低噪声元件、合理布局PCB线路等。2.屏蔽技术：使用金属外壳或其他屏蔽材料隔离干扰源与敏感电路，防止电磁波的传播。3.滤波技术：在电源线和信号线上加装滤波器，抑制不必要的高频成分，减少传导干扰。4.接地设计：合理的接地策略可以有效降低共模干扰，例如单点接地、多点接地或混合接地。5.布线与布局优化：避免长导线形成天线效应，减少环路面积以降低感应电流；同时将高、低频电路分开布置，减少相互干扰。6.软件抗干扰措施：利用数字信号处理技术、冗余校验、滤波算法等提高系统的鲁棒性。

综上所述，电磁兼容设计贯穿于产品开发的整个过程，需综合考虑硬件、软件及结构设计，以实现设备的可靠运行和互不干扰的性能。

一低频电路地 工作频率低于1MHz的一个电路采用单点接地式，以防两点接地产生共地 I抗的电路性耦合。多个电路的单点接地式又分为串联和并联两种，由于 联接地产生共地阻抗的电路性耦合，所以低频电路最好采用并联的单点 地式。 为防止工频和其它杂散电流在信号地线上产生干扰，信号地线应与功 地线和机壳地线相绝缘。且只在功率地、机壳地和接往大地的接地线的 全接地螺栓上相连（浮地式除外） 地线的长度（L/m）与截面积（S/mm2）的关系为 S>0.83L(11) 一一高频电路地 工作频率高于30MHz的电路采用多点接地式。因为接地引线感抗与频率 1长度成正比，所以地线的长度要尽量短。多点接地时，尽量找最接近的 ：阻值接地面接地。 一混合接地式 工作频率介于1～30MHz的电路采用混合接地式。当接地线的长度小于工 ：信号波长的1/20时，采用单点接地式，否则采用多点接地式。 一一屏蔽地 电路的屏蔽体，即用屏蔽材料将电磁辐射源屏蔽起来，并将屏蔽体接 ，以降低电磁辐射的干扰。屏蔽体内的电路地线只能一点接屏蔽体，而 、得利用屏蔽体作返回导体。 一一电缆的屏蔽层 对于多层屏蔽电缆，每个屏蔽层应在一点接地，各屏蔽层应相互绝缘 当电缆长度大于工作信号波长的0.15倍时，采用间隔工作信号波长的 .15倍的多点接地式。如果不能实现，则至少应将屏蔽层两端接地。 4）电位隔离 电位隔离分为机械、电磁、光电和浮地几种隔离方式，其实质是人为 造成电的隔离，以阻止电路性耦合产生的电磁干扰。 一一机械隔离采用继电器来实现其线圈接收信号，机械触点发送信号 机械触点分断时，由于阻抗很大、电容很小，从而阻止了电路性耦合产 ：的电磁干扰。缺点是线圈工作频率低，不适合于工作频率较高的场合使 」。而且存在触点通断时的弹跳和干扰以及接触电阻等。 一一电磁隔离采用变压器来实现通过变压器传递电信号，阻止了电路 ：耦合产生的电磁干扰。对于交流的场合使用较为方便，由于变压器绕组 1分布电容较大，所以使用时应当与屏蔽和接地相配合。 一一光电隔离采用光电耦合器来实现通过半导体发光二极管（LED）的 发射和光敏半导体（光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管 ）的光接收，来实现信号的传递。光电耦合器的输入阻抗与一般干扰源 J阻抗相比较小，因此分压在光电耦合器输入端的干扰电压较小，而且 干扰源的内阻较大，它所能提供的电流并不大，因此不能使发光二极管 光。光电耦合器的外壳是密封的，它不受外部光的影响。光电耦合器的 与离电阻很大（约1012Ω），隔离电容很小（约数pF）能阻止电路性耦合产 的电磁干扰。只是光电耦合器的隔离阻抗随着频率的提高而降低，抗干 效果也将降低。 一一浮地浮地可使功率地（强电地）和信号地（弱电地）之间的隔离 ！阻很大，所以能阻止共地阻抗电路性耦合产生的电磁干扰。 2.2电容性耦合 任何两个导体之间都存在着电容。电容值与介质的介电常数&和两个导 的有效面积成正比、与两个导体之间的距离D成反比。当两个平行圆导 直径为d时，其电容C为 C=π8/In（D/d)(12） 当一个导体对地具有电位U1，阻抗Z1，另一个导体对地具有阻抗Z2，两 导体具有相同地电位，通过两个导体之间的电容，在另一个导体上将产 ：干扰电压U2为

2=UZ2/（Z,+Z2+1/jo C）（13) 当阻抗Z1和阻抗Z2中含有电感分量时，产生的干扰电压U2有可能大于导 1对地的电位U1。 电容性耦合的等值电路图见图1。

图1 电容性耦合的等值电路图

在上述分析中，两导线间的有效耦合长度应远小于信号波长（一般为 /10）时，才允许使用集中参数的等效电路来分析线间耦合，否则必须应 」电磁场理论的传输方程来分析线间耦合。 电容性耦合的电磁兼容设计方法是 1）尽可能减小干扰源U1的幅值和干扰源的变化速度0。 2）Z和Z2设计得尽可能大，且Z远大于Z2。 3）耦合电容设计得尽可能小 一一尽量加大两个导体间的距离； 一一尽量缩短两个导体的长度； 一一尽量避免两个导体平行走线。 4）屏蔽 屏蔽的目的切断干扰源和被干扰对象之间的电力线，以免除电容性耦 的电磁干扰。 屏蔽的方法采用与干扰源基准电位相连的屏蔽；采用与被干扰对象基 电位相连的屏蔽；或者上述两者都用，其效果更好。 屏蔽的注意事项 一一要有完整的屏蔽，否则屏蔽的效果降低； 一一要用导电性能好的材料作屏蔽，否则屏蔽的效果降低； 一要有良好的屏蔽接地，否则屏蔽的效果降低。当导线的长度小于 作信号波长的1/20时项目总平面管理要点培训，59页 ，采用单点接地式，否则采用多点接地式。接地线 1长度要尽量短。 5）平衡 平衡的目的当干扰源和被干扰对象的基准电位是互相独立时，可以采 」平衡的方法，即使干扰源和被干扰对象的耦合电容平衡，以免除电容性 合的电磁干扰。 平衡的方法 一一干扰源和被干扰对象均采用绞合导线； 一一采用四芯导线，使干扰源和被干扰对象的导线交叉对称。 .2.3电感性耦合 任何两个回路之间都存在着互感。互感值与介质的磁导率μ成正比，并 两个回路的几何尺寸有关。两个回路的布局如图2所示。 图中1～1为第一个回路，2～2为第二个回路，a、b、C、d为回路的间距。 1外设1为回路的长度。 两个回路的互感M为 M=ulln(ac/bd)/2π (14) 当第一个回路具有电流i1，通过两个回路之间的互感M，在第二个回路 立生的 工扰中压2头

第一个回路具有电流i1，通过两个回路之间的互感M，在 主日 的干扰电压u2为 =Mdivd (15)

图2 2两个回路的布局图

图3天线的等值电路图等值电压源U（即接收的干扰电压）为U=Eh(18)中：E为电场强度；h为天线有效高度。内阻R为R=1580（h/A）²（19)中：入为电磁场波长。如被干扰对象是一环线，通过环线面积S的磁场将产生干扰电压U为U=BdS/dt：中：B为磁感应强度。幅射性耦合的电磁兼容设计方法是1）采用空间分离的方法即把相互容易干扰的设备和导线尽量安排得远·些，并调整电磁场矢量方向，使接收设备耦合的干扰电磁场最低。2)采用时间分离的方法即使产生辐射的设备和易接收辐射的设备在不】的时间工作。3)采用频率分离的方法即使产生辐射的设备和易接收辐射的设备的工频率不同。4）采用屏蔽的措施即用屏蔽材料将被干扰对象封闭起来，使其内部电场强低于允许值的一种措施。屏蔽的效果用屏蔽系数来衡量。5)减小天线有效高度。6）减少环线面积。.3对易接收电磁干扰的电磁敏感电路和器件的设计方法通常用敏感度来描述敏感设备对电磁干扰响应的程度。敏感度越高，示对干扰作用响应的可能性越大，即抗电磁干扰的能力越差。因此，认为电子设备的敏感度主要取决于它的灵敏度和频带宽度。电子设备主：由模拟电路和数字电路组成。.3.1模拟电路模拟电路的电磁兼容设计方法是1）优选电路例如，设计低噪声电路，减少带宽，抑制干扰传输；平衡输入，抑制·扰；选用高质量电源等。2）采用如下几种信号滤波器一一低通滤波器当干扰信号的频带高于有用信号的频带比较远时，可采用低通滤波器滤除干扰信号。RC低通滤波器的信噪比o为0={1+[SR/（R+R）]↓（21)中：S=2πfRC;f为信号的频率（Hz）；R为滤波器的电阻（Ω）；R为负载的电阻（Ω）；C为滤波器的电容（F）。一高通滤波器