王 亮
中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 黑龙江 哈尔滨 150066
摘要：本文从电磁兼容性概念及研究对象入手，介绍了共模/差模电磁兼容干扰，提出了远离电源、信号传输、接地线使用、采取屏蔽措施、印制电路板等提升产品电磁兼容性的要点。
关键词：电磁兼容性；共模/差模发射
序言
电磁干扰与电子产品的抗干扰能力，是相互关联的矛盾统一体。一方面，电子产品的日益普及使电磁干扰日益严重；另一方面，电磁干扰又对电子产品的设计提出了更高要求。其核心问题是如何确保电子产品在复杂的电磁环境中能够正常工作并达到设计指标。国际电工委员会(IEC)为电磁兼容性所下的定义为:电磁兼容性是电子设备的一种功能,电子设备在电磁环境中能完成其功能，而不产生不能容忍的干扰。这里讲的电磁环境是指存在于给定场所的所有电磁现象的总和。
1 电磁兼容性概念
电磁兼容性具有两层含义：第一，电子产品应具有抑制外部电磁干扰的能力；笫二，该电子产品所产生的电磁干扰应低于限度，不得影响同一电磁环境中其他电子设备的正常工作。
电磁干扰危害性极大。表1列出能够损坏电子元器件的脉冲能量。此外,电磁辐射能引爆电起爆装置、弹药库,并会对人体造成危害。我国制定的微波辐射人体的安全限度为（0.025-0.05）mw/cm。欧共体于1996年规定电子设备(包括电器、电子仪器设备)必须进行电磁兼容性试验，1997年规定只有权威机构严格试验并取得CE认证的电子产品,才有资格进入欧洲市场销售。
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2 电磁兼容性研究对象
电磁兼容性研究领域主要包括电磁干扰的产生与传输,电磁兼容性的设计(含制定标准)、电磁干扰的诊断与抑制、电磁兼容性的测量与试验。仅以电磁干扰源为例,它所研究的对象如图2所示。
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3 共模/差模发射干扰介绍
电磁兼容性的设计是一项复杂的系统工程。首先应掌握有关标准及规范,然后根据实际电磁环境提出具体要求,进而制定技术和工艺上的实施方案。在设计电子仪器设备时,应重点考虑电路设计、印制板设计、隔离、退耦、滤波、接地、屏蔽等问题。例如,设计电路时选噪声容限高、抗干扰能力强的CMOS电路来代替TTL电路,用无触点的固态继电器(SSR)取代电磁继电器。增加消噪电路,防止产生自激振荡。对于从电源线引入或辐射出去的电磁干扰，应在电源进线端加装电源噪声滤波器(PNF)。对机内干扰可视情况选用低通、高通、带通滤波器或有源滤波器。利用光电耦合器实现信号隔离及阻抗变换。在构成测控系统时可选电磁兼容性良好的VXI总线仪器系统。选择合适的接地方式和接地点,以减小电磁干扰。
要抑制电路的共模和差模辐射，线对地所形成的高频电压所产生的辐射，称为共模辐射。共模辐射是由于电流绕经印制板的多个导电层，导致印制回路的电感增大，电容减小，使阻抗大大增加，从而增大电磁辐射，导致了共模干扰。即电流流经高阻抗路径产生的电磁场所形成的。共模电流的特点是这些导体中的电流没有形成闭合回路，而是以棒天线向空间辐射电磁场的方式产生共模电流。值得注意的是，不仅在印制电路板电路中，而且在电源馈线及其它电缆中，甚至在屏蔽层中也能产生共模电流。
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如图3（a）所示，共模辐射是印制板电路设计中最值得注意的问题,抑制共模干扰应减小回路阻抗,正确处理电源回路、旁路和去耦,也可以衰减共模干扰。如图3（b）所示，通常称线对线的辐射为差模辐射,当信号从源流向负载时就会产生差模辐射干扰，流经负载的电流会在线上产生与等值方向相反的电流，差模电流的抑制主要是减小回路的面积,要求信导线与地回线靠近走线。
4 电磁兼容性设计要点
4.1 电源使用方面
有些电源通断的一瞬间会对小功率电子设备造成损害,对附近的电子设备形成干扰。例如,显示器附近有电源设备时,有时开关电源设备的一瞬间会导致显示器闪一下,如果电源功率较大或靠得太近,而显示器屏蔽效果又达不到要求,显示器就出现波纹,影响使用。解决方法是:电源设备加装屏蔽层,釆取有效的接地措施,电源线也应带屏蔽层,显示器等易受干扰的设备应尽量远离电源。
4.2 信号传输方面
信号在传输过程中由于线缆过长、过细,绝缘性能不好,没有采取有效的屏蔽、接地措施,信号传输就会受到干扰,特别是正电平信号受干扰影响较大。一般情况下的解决方法有:
1)信号采用负电平传输。
2)容易相互干扰的信号分开传输。
3)高频信号单独采用同轴电缆传输。
4)模拟信号、数字信号分开传输。
5)同类信号可采取一根电缆传输(内部可采用一根信号线附近一根地线的接线形式)。
6)尽量采用带有屏蔽层的电缆,屏蔽层接地,线缆的绝缘性能要好。
7)正确使用双绞线可起到消除电磁干扰的作用,通常网络线缆都是釆用双 绞线的形式。信号的传输可使用双绞线的形式,通常采用蓝白双绞,蓝色线接信号白色线接地,信号线和地线相邻。
8)信号线远离电源线,对于无法远离的则要加装金属隔板;信号线应尽量短,粗细应合适。
9)数字信号受到干扰产生毛刺,可根据毛刺幅度大小(选用合适电容值电容,一般几十pf至几百pf)采用电容滤波的方法,对信号进行滤波。如果毛刺太大,用电容滤波的方法效果不理想,最好釆用数字逻辑电路对信号进行整形,如D触发器等。触发器使用数目视输入受干扰信号的脉冲宽度而定,要保证整形后的信号一定比输入信号宽才能达到消除前后沿毛刺的目的。这种方法效果显著、可靠。
4.3 接地线使用
地线在解决干扰问题方面起着非常关键的作用。地线过细,布局不合理等都会影响到抗干扰的效果。电子设备都涉及到接地问题,电子设备在设计阶段都会制定接地规范,以保障设备能够正常工作。地线粗、接地面积尽量大是基本原则。大型电子设备采用分层逐级接地的方法可起到良好的抗干扰效果。
4.4 屏蔽措施
屏蔽技术可以起到抑制外部电磁感应干扰的作用,釆取有效的屏蔽措施是减少电磁干扰的重要手段。屏蔽是指用屏蔽体把通过空间进行电场、磁场或电磁场耦合的部分隔离开来,割断其空间场的耦合通道;良好的屏蔽是和接地紧密相连的,因而可以大大降低噪声耦合,取得较好的抗干扰效果。
屏蔽的方法通常是用低电阻材料做成屏蔽体,把需要隔离的部分包围起来,起到隔离作用；被隔离的部分既可以是干扰源,也可以是易受干扰的部分。这样,既屏蔽了被隔离部分向外施加干扰,也屏蔽了被隔离部分接受外来的干扰。
4.5 印制电路板
屏蔽保证电子设备的设计成功在印制板布线阶段所采取的抗干扰措施非常重要,主要措施如下:
1)采用大规模集成电路减少器件数量及信号走线。
2)合理布局缩短走线及器件间的串扰,尽量把相互间有关联的器件放在一起。
3)印制板上布线要合理,减少信号的交叉干扰。印制导线需拐弯时,尽量采用45度折线或圆角线,不要用90度折线。时钟振荡器应紧靠使用时钟信号的电路。模拟电路与数字电路的引线不要交叉。 功率器件应布置在印制板一侧并靠近边上高频、视频等易受干扰 又易产生干扰的信号采用屏蔽线,印制板走线越短越好,相同性质的信号放在同一层,易相互干扰的信号放在不同层,信号走线保持适合间距。
4)在设计大功率单片开关电源时,必须把信号地与功率地线分开布置,最后在输出端汇合。这是因为功率地线上有大电流通过,它在印制导线上形成的电压,势必会影响稳压性能。
5 结论
电磁兼容性设计及其指标是衡量电子产品质量的重要标志,应该引起我们工作的高度重视。在工程实践中所采用的设计方法,因为可采用的方法及技术手段很多,需要具体问题具体分析,必要时还需要进行摸底验证并加以针对性的改进。
参考文献
[1] 王忠诚。电子元器件与电路[M].北京：电子工业出版社，2015：15—18.