【永旺彩票Welcome】PCB设计中的电磁兼容性考虑

本文摘要：电磁兼容的一般概念考虑到电磁兼容的根本原因在于电磁干扰的不存在。

电磁兼容的一般概念考虑到电磁兼容的根本原因在于电磁干扰的不存在。电磁干扰（ElectromagneticInterference，全称EMI）是破坏性电磁能从一个电子设备通过电磁辐射或传导传遍另一个电子设备的过程。一般来说，EMI特指射频信号（RF），但电磁干扰可以在所有的频率范围内再次发生。

电磁兼容性（ElectromagneticCompatibility，全称EMC）是指电气和电子系统、设备和装置在原作的电磁环境中，在规定的安全性界限内以设计的等级或性能运营，而会由于电磁干扰引发损毁或不能拒绝接受到性能好转的能力。这里所说的电磁环境是指不存在于等价场所的所有电磁现象的总和。

这指出电磁兼容性一方面指电子产品不应具备诱导外部电磁干扰的能力；另一方面，该电子产品所产生的电磁干扰不应高于限度，不得影响同一电磁环境中其他电子设备的长时间工作。现今的电子产品早已由仿真设计改以数字设计。

随着数字逻辑设备的发展，与EMI和EMC涉及的问题开始沦为产品的焦点，并获得设计者和使用者相当大的注目。美国通信委员会（FCC）在20世纪70年代中后期发布了个人电脑和类似于设备的电磁辐射标准，欧共体在其89／336／EEC电磁兼容指导性文件中明确提出电磁辐射和抗干扰的强制性拒绝。

我国也相继制订了有关电磁兼容的国家标准和国家军用标准，例如“电磁兼容术语”（GB／T4365－1995），“电磁干扰和电磁兼容性术语”（GJB72－85），“无线电阻碍和抗扰度测量设备规范”（GB／T6113－1995），“电动工具、家用电器和类似于器具无线电阻碍特性的测量方法和允许值”（GB4343－84）。这些电磁兼容性规范大大推展了电子设计技术并提升了电子产品的可靠性和适用性。

EMC在PCB设计中的重要性随着电子设备的灵敏度更加低，并且拒绝接受黯淡信号的能力更加强劲，电子产品频带也更加长，尺寸更加小，并且拒绝电子设备抗干扰能力更加强劲。一些电器、电子设备工作时所产生的电磁波，更容易对周围的其他电气、电子设备构成电磁干扰，引起故障或者影响信号的传输。另外，过度的电磁干扰不会构成电磁污染，危害人们的身体健康，毁坏生态环境。如果在一个系统中各种用电设备需要长时间工作而不致互相再次发生电磁干扰导致性能转变和设备的损毁，人们就称之为这个系统中的用电设备是互相相容的。

但是随着设备功能的多样化、结构的变得复杂、功率的增大和频率的提升，同时它们的灵敏度也更加低，这种互相相容的状态更加无以取得。为了使系统超过电磁兼容，必需以系统的电磁环境为依据，拒绝每个用电设备不产生多达一定限度的电磁升空，同时又拒绝它本身要不具备一定的抗干扰能力。只有对每一个设备都做出这两个方面的约束和改良，才能保证系统超过几乎相容。

一般来说指出电磁干扰的传输有两种方式：一种是传导方式；另一种是电磁辐射方式。在实际工程中，两个设备之间再次发生阻碍一般来说包括着许多种途径的耦合。于是以因为多种途径的耦合同时不存在，重复交叉，联合产生阻碍，才使得电磁干扰显得无法掌控。

少见的电磁干扰主要有以下几种：（1）射频阻碍。由于现有的无线电发射机的剧增，射频阻碍给电子系统造成了相当大的威胁。蜂窝电话、手执无线电、无线电遥控单元、寻呼机和其他类似于设备现在十分广泛。导致危害的阻碍并不需要相当大的再次发生功率。

典型的故障经常出现在射频场强为1～10V／m的范围内。在欧洲、北美和很多亚洲国家，防止射频阻碍损毁其他设备早已沦为对所有产品在法律上的强制性规定。（2）静电静电（ESD）。

现代芯片工艺早已有了相当大的变革，在较小的几何尺寸（0．18um）上元件早已显得十分密集。这些高速的、数以百万计的晶体管微处理器的灵敏性很高，很更容易受到外界静电静电影响而损毁。

静电可以是必要或电磁辐射的方式引发。必要认识静电一般引发设备永久性的损毁。

电磁辐射引发的静电静电有可能引发设备失调，工作不长时间。（3）电力阻碍。随着更加多的电子设备终端电力主干网，系统不会经常出现一些潜在地阻碍。

这些阻碍还包括电力线阻碍、电较慢瞬变、电涌、电压变化、雷电瞬变和电力线谐波等。对于高频开关电源来说，这些阻碍显得很明显。（4）自兼容性。

一个系统的数字部分或电路有可能阻碍仿真设备，在导线之间产生串绕（Crosstalk），或者一个电机可以引发数字电路的失调。另外，一个在低频可以长时间工作的电子产品，当频率增高时会遇上一些低频所没的问题。

比如光线、串绕、地弹、高频噪声等。一个不合乎EMC规范的电子产品不是合格的电子设计。

设计产品除了符合市场功能性拒绝外，还必需使用必要的设计技术来防治或中止EMI的影响。PCB设计的EMC考虑到对于高速PCB（PrintedCircuitBoard，印制电路板）设计中EMI问题，一般来说有两种方法解决问题：一种是诱导EMI的影响，另一种是屏蔽EMI的影响。这两种方式有很多有所不同的表现形式，尤其是屏蔽系统使得EMI影响电子产品的可能性降至了低于。

射频（RF）能量是由印制电路板（PCB）内的开关电流产生的，这些电流是数字元件产生的副产品。在一个电源分配系统中每一个逻辑状态的转变都会产生一个瞬间的电涌，大多数情况下，这些逻辑状态的转变会产生充足的短路噪声电压导致任何功能性的影响，但当一个元件的边沿速率（上升时间和下降时间）显得非常慢的时候之后不会产生充足的射频能量影响其他的电子元件的长时间工作。一、PCB上电磁干扰产生的原因不必要的作法一般来说不会在PCB上引发远超过规范的EMI。融合高频信号的特性，与PCB级的EMI涉及的主要还包括以下几个方面：（1）PCB措施用于不必要。

如应当用金属封装的器件却用塑料PCB。（2）PCB设计不欠佳，已完成质量不低，电缆与连接器的短路不当。（3）不必要甚至错误的PCB布局。

还包括时钟和周期信号回头线原作失当；PCB的分层排序及信号布线层设置失当；对于具有高频RF能量产于成分的自由选择失当；共模与差模滤波考虑到严重不足；短路环路引发RF和地弹；旁路和去耦严重不足等等。要构建系统级的EMI诱导，一般来说必须一些必要的方法：这主要还包括屏蔽、衬垫、短路、滤波、去耦、必要布线、电路电阻掌控等。二、电磁兼容的屏蔽设计现今的电子产业界已越来越注意到SE／EMC（ShieldingEffectiveness，SE，隔离室屏蔽效益）的市场需求，而随着更加多电子组件的用于，电磁兼容性亦更加受到担忧。

电磁屏蔽就是以金属隔绝的原理来掌控电磁干扰由一个区域向另一个区域感应器和电磁辐射传播电方法。一般来说还包括两种：一种是静电屏蔽，主要用作避免静电场和恒定磁场的影响；另一种是电磁屏蔽，主要用作避免交变电场、交变磁场以及交变电磁场的影响。EMI屏蔽可使产品非常简单且有效地的合乎EMC的规范，当频率在10MHz以下时电磁波大多为传导的形式，而较高频率的电磁波则多为电磁辐射的形式。设计时可以使用单层实心屏蔽材料、多层实心屏蔽材料、双重屏蔽或者双重以上屏蔽等新型材料展开EMI屏蔽。

对于低频的电磁干扰必须用薄的屏蔽层，合适的是用于磁导率低的材料或磁性材料，如镍铜合金等，以取得仅次于的电磁吸取损耗，而对于高频电磁波可用于金属屏蔽材料。在实际的EMI屏蔽中，电磁屏蔽效能相当大程度上各不相同机箱的物理结构，即导电的连续性。机箱上的支架以及开口都是电磁波的外泄源。

而且，穿越机箱的电缆也是导致屏蔽效能上升到主要原因。机箱上开口的电磁外泄与开口的形状、辐射源的特性和辐射源到开口处的距离涉及。

通过必要地设计开口尺寸和辐射源到开口的距离需要提高屏蔽效能。一般来说解决问题机箱缝隙电磁外泄的方式是在缝隙处用电磁密封衬垫。电磁密封衬垫是一种导电的弹性材料，它需要维持缝隙处的导电连续性。

少见的电磁密封衬垫有：导电橡胶（在橡胶中含有导电颗粒，使这种复合材料既具备橡胶的弹性，又具备金属的导电性。）、双重导电橡胶（它不是在橡胶所有部分含有导电颗粒，这样取得的益处是既最大限度地维持了橡胶的弹性，又确保了导电性）、金属编织网套（以橡胶为芯的金属编织网套）、螺旋管衬垫（用不锈钢、铍铜或镀锡铍铜中空的螺旋管）等。

另外，当对通风量拒绝较为低时，必需用于截至波导通风板，这种板相等于一个高通滤波器，对低于某一频率的电磁波不波动通过，但对于高于这一频率的电磁波则展开相当大的波动，合理应用于截至波导的这种特性可以很好的屏蔽EMI的阻碍。

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