广东省惠州市质量计量监督检测所516003
摘要：近年来，伴随着电子技术的不断革新与发展及电子设备的广泛运用，电子设备系统的相互电磁干扰问题也越来越突出，甚至影响到了电子设备的正常运转。因此，电子设备的电磁兼容设计也成为电子设备设计人员所关注的问题。文章通过对电子设备电磁干扰因素的分析，结合电磁兼容设计中的PCB设计、屏蔽设计、滤波设计、接地设计这几个重要的方面分别进行了相关分析。
关键词：电子设备；电磁兼容设计
前言
近年来，随着电子技术发展进程的不断推进，电子设备已广泛应用于人们社会生活的各个领域，成为推动社会经济发展的重要动力。然而，电子设备制造技术在快速发展的同时，电子系统的精密度、复杂度亦越来越高，使用的频谱越来越宽。在工作运行时，一电子系统可能需要几副甚至十几副工作在不同波段的天线来接收或发射电子信号，其周围空间产生的电磁场电平非常强大，进而导致系统内相互电磁干扰问题日益突出，整个系统将无法正常工作。因此，电子设备的电磁兼容设计已成为电子设备设计工作者探讨的重要课题。本文笔者结合工作实践，在分析电子设备电磁干扰源的基础上，探讨了电子设备电磁兼容设计的方法。
1、电子设备电磁干扰因素的分析
给电子设备带来电磁干扰的因素总体可分为两类，即外部因素与内部因素两种，两种干扰方式均具有重要的影响。
1.1外部因素
外部因素所带来的干扰是指排除电子设备及系统以外的因素给电子设备所带来的电磁干扰。其干扰方式主要由以下几种：
1）高电压或外部电压因绝缘漏电而对电子设备及其系统所带来的干扰；
2）电子设备所处的周围空间的电磁波对电子设备及其系统所带来的干扰；
3）电子设备运作的环境里温度不稳定，导致电子设备内部的电子线路参数、元件等发生改变而产生电磁干扰；
4）电子设备所处的周围环境下有工业电网的供电设施，其电网电压所产生的干扰；
5）在特定空间内，若电子设备周围有功率较大且磁场较强的设备，当产生相互耦合时则容易对电子设备及系统产生干扰。
1.2内部因素
内部因素所带来的干扰主要是电子设备内部各元件在相互作用下产生的干扰，主要表现为以下几种形式：
1）无线电信号通过电源、导线、地线时因阻抗发生耦合现象或导线间的互感等而造成对电子设备的电磁干扰；
2）电子设备或系统的部分元件由于工作时间过长而发热，而对元件本身或其他元件的稳定性造成干扰的现象；
3）分布于各线路上的电子设备的工作电源的电容及电子设备的绝缘电阻等元件间发生漏电所引发的电磁干扰；
4）电子设备在运行的过程中，若有多台电子设备共用一组直流电源或不同的电源通过同一根地线时，公共地线由于汇聚了多条电路的电流，此时若有电压降产生的话则容易发生电磁干扰；
5）电子设备内部大功率元件及高电压所产生的磁场与额电压发生耦合，造成对电子设备其他部件的电磁干扰。
2、电子设备电磁兼容设计方法
通过上述电子设备电磁干扰源的分析，表明电子设备电磁兼容设计的主要目的是实现电子设备能够对各种内部或外部的干扰源进行抑制，保证电子设备能够正常运行于特定的电磁环境之中。且还需减少电子设备本身对其他电子设备的电磁干扰。因此，对电子设备的干扰源进行限制和对电子设备所受的电磁干扰的传播进行控制是电子设备电磁兼容设计的关键。具体设计方法如下：
2.1PCB设计
PCB的电磁兼容设计是电子设备电磁兼容设计的基础。实践工作中，PCB存在的电磁干扰主要包括串音干扰、传导干扰以及辐射干扰。因此，根据电磁干扰形式，其电磁兼容设计主要包括：
①PCB的尺寸设计。设计过程中，若PCB尺寸过大，印制线过长，从而增加阻抗，导致PCB的抗噪声能力下降。而PCB尺寸过小，容易导致相邻传输线之间造成串扰。因此，设计过程中，应综合考虑PCB的抗噪声性能和抗串扰性能，保证PCB尺寸的合理设计。
②PCB板的布局设计。为尽量减少电子设备PCB板高频元器件之间的电磁干扰，减少分布参数，应将高频元器件之间的连线尽量缩短。同时，在设计电路各功能单元的位置时，应根据电路的流程使其布局能够符合信号良好流通的需求，并尽可能的保证各信号流通保持一致的方向。另外，对各元件之间的分布参数应综合、全面考虑，使各元器件尽可能的平行排列，使设备的抗干扰能力增强。
③元器件的布局设计。集成电路元器件相较于分立元件，抗干扰性能更强，设计中应优先选用。同时，为降低无线电信号产生的高频成分，可选择信号斜率较慢的器件作为PCB的元器件，降低阻抗，提高电磁兼容性能。
2.2屏蔽设计
屏蔽设计是减少电磁干扰传播的有效措施。为提高电子设备屏蔽设计效果：首先，应对屏蔽组合体各部分之间的电接触进行合理设计，保证接触电阻减至最小。设计中，屏蔽组合体结构的设计可分别采用双层门盖结构、屏蔽盒侧壁装梭形弹簧片结构以及分盖结构等。
其次，在屏蔽材料设计上，为增加吸收损耗和反射损耗，应选用导磁率和导电率均较高的材料。同时，可将一层高导电率的材料加至于高导磁材料的表面，起到双重作用，使电波在空气界面上与屏蔽材料的反射损耗增加，从而起到更好的抗干扰作用。
最后，加强设备机箱缝隙的屏蔽效果。屏蔽体上的接缝是影响屏蔽效果的主要因素。设计中，一方面可将带背胶的铍青铜簧片粘贴于机箱缝隙接合面处，由于簧片的弹性，装配后会引发簧片的变形，使接触面产生一定的压力，从而在机箱缝隙接合面处形成一定的电气连续性，从而减小机箱缝隙长度，加强屏蔽效果。另一方面，在机箱制作时可采取一定的焊接措施，使焊缝平滑连续，尽可能的保证接缝处的射频电阻等同于金属板本身的射频电阻，从而加强缝隙接合面的电气连续性，增强屏蔽设计效果。
2.3滤波设计
滤波设计主要是对沿导线传播的电磁干扰源予以切断的电磁兼容设计方法。设计中，针对高频电路的干扰，可采用两个电容器和一个电感器组成的π型滤波器作为滤波形式，并通过感容和阻容去耦网络隔离开电路与电源，消除电路之间的耦合，控制电路中进入干扰信号。同时，可通过差模滤波单元和共模滤波单元的组合设计，来实现抑制差模电流和共模电流的目的。其设计原理是可将差模滤波单元和共模滤波单元等效成2阶LC低通滤波单元。滤波电容由于走线导带、自身等效串联电阻ESR等因素的影响，在高频段由寄生电阻和滤波电容形成零点，从而降低LC网络对高频段噪声的衰减效果。
2.4接地设计
接地设计是电子设备抗干扰设计的重要手段。主要包括接地点的设计，电路组合接地方案的设计和抑制接地干扰措施的设计等等。在接地点的设计上，若使用单点接地，会使接地线的长度增加，进而导致其幅射能力大大增加，造成干扰。因此，设计中应采用多点就近接地的方式，尽量使接地点之间电位差减少，提高抗干扰效果。在电路组合接地方案的设计上，应保证接地线与接地面的直流搭接阻抗小于2.5mW，将设备中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上，保证接地线的电气连接可靠性。同时，对接地面进行处理，避免氧化、腐蚀，提高接地效果。
3、结束语
随着电子设备开始向大型化和规模化的方向发展，电子设备的应用已越来越普遍，在这种情况下，电子设备受到电磁干扰的问题不断突显出来，所以不断对电磁兼容设计进行优化，确保其有优化的方法不断完善，从而使电子设备能够正常稳定的运行。
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