电子产品电磁兼容性设计探讨

蛋蛋

  电子、电气产品电磁兼容性设计的目的，是使电子、电气产品在预期的电磁环境中能正常工作、无性能降低或故障，而且具有对该电磁环境中的任何事物不构成电磁骚扰的能力。电子、电气产品电磁兼容性设计的基本方法是指标分配和功能分块设计。也就是说，首先要根据有关标准和规范，把整个产品的电磁兼容性指标要求逐级分配到各个功能块上，细分成产品级的、模块级的、电路级的和元器件级的指标；然后，按照各级要实现的功能和电磁兼容性指标要求分别进行设计，采取一定的防护措施等。做好电子、电气产品电磁兼容性设计需要注意以下八个问题：

一、必须在产品研制开发的初始阶段，同时进行电磁兼容性设计

   经验证明，对于一种产品，如果在开发时解决电磁兼容性问题所需的费用定为1，那么，到定型时再解决，可能需要10倍的费用，到批量生产时需100倍，而如果到用户使用后，发现问题时再解决，费用可能高达1000倍。这就是说，如果在产品研制开发的初始阶段，同时进行电磁兼容性设计，就可以把80％～90％的电磁兼容性问题解决在设计定型之前。如果等到生产或使用阶段再去解决，非但在技术上造成很大难度，而且还会造成人力、财力的极大浪费。由此可见，对于任何一种产品，尽早解决电磁兼容性问题是非常必要的。

二、芯片等有源器件的选用和印制电路板设计是关键

   首先，必须注意芯片等有源器件固有的敏感特性和电磁骚扰发射特性，芯片等有源器件可以分为两类：调谐器件和基本频带器件。调谐器件起带通元件作用，其频率特性包括：中心频率、带宽、选择性和带外乱真响应。基本频带器件起低通元件作用，其频率特性包括：截止频率、通带特性、抑制斜率和乱真响应；除频率特性外，还有输入阻抗特性、输入端的平衡不平衡特性和敏感度特性。模拟器件的敏感度特性取决于灵敏度和带宽；数字器件的敏感度特性取决于直流噪声容限或噪声抗扰度。芯片等有源器件有两种电磁骚扰发射源：传导骚扰源和辐射骚扰源。
   数字器件是一种最常见的宽带骚扰源，其翻转时间或上升／下降时间越短，所占频谱越宽。瞬态地电流是传导骚扰和辐射骚扰的初始源，减小瞬态电流必须减小印制电路板接地阻抗和使用去耦电容。为了控制印制电路板的差模辐射，需将信号线和回线紧靠在一起，减小信号路径形成的环面积；为了控制共模辐射，可以使用接地栅网或接地平面，也可使用共模扼流圈。当然，降低频率和信号电平，增加信号的上升／下降时间、合理选择接地点，都是降低辐射的重要措施。

   其次，在设计印制电路板时，应优选多层板，将数字电路和模拟电路安排在不同层内；电源层应靠近接地层，并在接地层下方；骚扰源应单独安排一层，并远离敏感电路层。应注意，单面板虽然制造简单、装配方便，但只适用于一般电路要求，不适用于高组装密度或复杂电路的场合；而双面板适用于只要求中等组装密度的场合。印制电路板设计的基本原则是：20—H原则，H是两层面的距离，即元、器件平面应比接地层平面小20倍H，才能减小辐射；2—W原则，W是导线宽度，即导线间距不小于两倍导线宽度；导线应短、宽、均匀、直，如果转弯，应使用圆角；导线宽度不要突变，导线不要突然拐角。

   为了进一步控制辐射，印制电路板布线时，应遵循以下原则：信号线、电源线应尽可能靠近地线或回线，以减小差模辐射的环面积；各信号线中间用地线隔开，有助于减小交扰；数字器件按逻辑速度分组，相对集中，减小耦合，高频、高速器件要靠近印制板连接器；高电平电路应与敏感电路隔离等。


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