电子设备电磁兼容性设计研究

睢燕

摘要：对于电子设备而言，电子兼容性非常重要，能够有效减少电磁干扰对于设备的影响，提升电子设备运行的稳定性和可靠性。该文从电磁兼容性的内涵出发，分析了电磁干扰的来源，并就电子设备电磁兼容性设计进行了研究和讨论。

关键词：电子设备；电磁兼容性；设计

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）26-0034-02

科学技术的飞速发展，使得电子设备得到了越发广泛的应用，而电子设备在运行过程中，会在其周边空间产生相应的电磁场，从而产生相互干扰的电磁波，影响电子设备的稳定可靠运行。想要提升电子设备对于电磁环境的适应能力，需要做好电磁兼容性设计，实现对电磁干扰的控制和消除，确保电子设备在与其他设备或者系统共同工作时，不会引发设备或者和系统性能的降低。

1 电磁兼容性概述

简单来讲，电磁兼容性指设备或者系统能够在电磁环境中实现正常运作，而且不会对电磁环境中的其他设备产生电磁干扰，其是评价电子设备对环境造成电磁污染危害程度，以及抵御电磁污染能力的一项重要指标。电磁兼容性本身包含了两层含义，一是设备或者系统产生的电磁辐射不会对其他设备或者系统的正常功能产生影响，二是设备或者系统具备良好的抗干扰能力，不会受到其他设备或者系统的电磁干扰的影响。电磁兼容性设计需要同时关注电磁干扰和电磁敏感度两个指标，想要避免系统内设备的彼此干扰，实现兼容运行，不仅需要对骚扰源的电磁发射进行控制，还必须提升被骚扰对象的抗干扰能力。

新时期，电子计算机的普及以及电子电路集成度的提高，使得电磁兼容性问题变得越发严重，受到了专业技术人员的高度重视，一个系统是否可靠，取决于其是否能够在规定的条件下，在正常运作中，保持良好的电磁兼容性。在对电子设备电磁兼容性进行设计的过程总，应该坚持指标分配原则与功能分块设计，一方面，需要技术人员依照相关标准和规范，将整个产品的电磁兼容性指标要求划分为多个不同的层级，如产品级、模块级、电路级以及原件级等，为产品设计提供可靠参考；另一方面，需要依照不同层级需要实现的功能以及电磁兼容性指标要求，开展逐级设计，配合一定的防护措施来保证产品质量。为了能够确保设备具备良好的电磁兼容性，在开展总体设计的过程中，需要做好频率及频谱选择、阻抗选择、带信号电平选择以及仪器电路布置等。

2 电磁干扰来源

2.1 干扰条件

电子產品在运行过程中，并非随时都可以产生电磁干扰，其必须同时满足三个条件：干扰源、干扰传播途径和干扰接收设备，简单来件，就是产生电磁发射的噪声源，电磁干扰船舶的途径以及容易受到电磁干扰影响的敏感设备（器件）。

2.2 干扰来源

2.2.1 内部干扰

内部干扰指电子设备内部元器件之间彼此产生的干扰，具体来讲，一是工作电源通过带线路分布电容以及绝缘电阻，产生漏电引发的干扰，其与工作频率密切相关；二是导线之间互感产生的干扰，或者信号经地线、电源及传输导线阻抗互相耦合形成的干扰；三是设备在运行过程中，内部元器件发热影响了其本身或者其他元器件的稳定性，继而产生干扰；四是一些大功率部件或者高压部件在工作时产生的磁场或者电场，经耦合作用，对其他部件产生干扰。

2.2.2 外部干扰

外部干扰主要是指电子设备之外的因素对于线路、设备形成的干扰。具体来讲，一是外部高压后者电源发生绝缘漏电，干扰电子设备、线路乃至系统的正常运行；二是外部环境中存在有大功率设备，设备运行时会在周边产生强烈磁场，通过互感耦合作用，对设备或者系统产生干扰；三是空间电磁波的存在，同样还会干扰电子设备及系统的正常运行；四是工作环境相对恶劣，温度波动大，会导致电子设备或系统内部元器件运行参数的变化，形成干扰；五是工业电网供电设备与电网电压经电源变压器引发的干扰。

2.3 传播途径

电磁干扰传播的途径大致有两种，一是传导干扰，指沿电源线或者信号线传输的电磁干扰。在电子设备中，不同元件之间存在各种各样的连接线路，如电源线、公用地线、信号互连线等，设备或者单元电源电路产生的电磁能量可能会沿导线传输到相邻单元电路，造成干扰；二是辐射干扰，指通过空间传播的电磁干扰。干扰源周边的空间可以分为两个不同的区域，距离干扰源较近的区域被称为感应场区或者近场区，距离干扰源较远（大于2π）的区域被称为辐射场区或者远场区。

3 电子设备电磁兼容性设计

电子设备电磁兼容性设计的主要目的有两个，一是保障电子设备能够有效抵御外部电磁干扰，在特定的电磁环境中可以实现正常运行，二是减少电子设备运行中对于其他设备的电磁干扰。

3.1 PCB设计

首先，应该做到合理布局。在PCB设计中，需要充分考虑电磁兼容、热分布以及电路单元功能等各种因素，保证其布局科学合理，缩短电源端口、信号端口等与连接器之间的距离，实现对数字电路与模拟电路的隔离等。在开展PCB整体布局的过程中，应该坚持几个基本原则：一是依照信号传输的顺序对每一个单元电路的位置进行安排，避免出现信号迂回流通的情况；二是应该结合功能电路的核心器件进行布局，保证布局效果；三是应该尽量减少引线熟练，缩短引线长度，降低分布参数与相互间的电磁干扰；四是应该避免将输入输出单元单路布设在同一个区域。其次，应该重视合理分层。降低系统射频发射，对系统防护性能进行强化，以此来保证信号的完整性。在分层设计中，同样需要关注几点：一是信号层必须与平面层紧靠，最好能够紧贴地平面层；二是对于重要信号线，需要设置为带状线，对复位、时钟以及敏感信号线，在条件允许的情况下应该以两个地平面包围；三是主电源平面必须紧贴地平面，在地平面下方设置。然后，应该保证正确布线。设计人员需要做好信号线分类，先分布时钟和敏感信号线，再进行高速信号线的布设，最后才是其他信号线。布线环节，需要确保输入输出端信号线的隔离，同时避免长距离平行布线，同时在传输线拐弯处，应该尽量设置为圆弧形，避免大面积覆盖铜的情况，如果因为特殊要求，必须大面积覆铜，则应该采用栅格状设计，配合多过孔连接接地。不仅如此，在布线过程中，需要尽量缩短高频元器件之间的布线长度，以此来减少干扰问题。

3.2 屏蔽设计

屏蔽设计主要是针对两个空间区域的金属设施进行隔离，或者說利用屏蔽体对干扰源进行包裹，避免干扰电磁场向外扩散。屏蔽体能够有效吸收来自导线、电缆、电路等的内部电磁波和外部干扰电磁波，可以对能量进行吸收、反射或者抵消，从而有效弱化电磁干扰。在针对屏蔽外壳进行设计时，需要将通风孔设置为圆形，在保证散热效果的情况下，尽量缩小通风孔的尺寸，不过并不需要对通风孔的数量进行限制。外壳接缝处可以采用焊接工艺进行处理，这样能够保证电磁传导的连续性。在屏蔽外壳电路输入输出端口，可以设置相应的滤波措施，保证评比外壳可以实现良好接地。

3.3 接地设计

接地能够有效抑制电磁噪音，预防电磁干扰，在接地设计中，应该做好接地点的合理选择，采取有效的接地干扰抑制措施，尽可能减少接地点之间的电位差，选择管型接地线，保证接电线之间具备可靠的电气连接。另外，需要对接地方式进行合理选择，对于电子设备，接地方式包括悬浮接地、单点接地和多点接地，在没有特殊要求的情况下，单点接地适用于频率1MHz的情况，多点接地适用于频率超过10MHz的情况，若频率在两者之间，则采用混合接地。

3.4 滤波设计

滤波技术能够有效对电子设备传导干扰进行抑制，也能够提升设备本身抗传导干扰能力。具体来讲，主要是在设备中设置电磁干扰滤波器，以此来降低传导干扰电频，结合阻抗失配原理来使得电磁干扰信号逐步衰减。在对滤波器进行设置时，应该确保滤波器金属壳与机箱壳实现良好面接触，保证良好接地，同时滤波器输入线和输出线必须拉开一定距离，避免并行的情况。

3.5 隔离设计

想要降低电磁干扰，可以设置相应的物理隔离措施，如加大受干扰电路或者期间与干扰源之间的距离，干扰程度与距离平方呈反比，距离每增加一倍，干扰会降低四倍左右，因此，设计人员需要综合考虑器件或者设备的布局和布线，增加干扰源与受扰电路之间的距离，以此来降低系统故障率。在安装布线环节，需要依照干扰灵敏度或者本身功率来进行分别处理，布置的顺序应该依照低电平模拟信号、一般数字信号、交流控制装置、直流动力装置等。依照上述顺序，将其相互隔离，保持一定距离，不过，部分设备在布线环节会受到各种因素的影响，无法满足物理隔离的要求，需要考虑其他措施。

4 结束语

总而言之，在对电子设备电磁兼容性进行设计的过程中，应该充分考虑各方面的影响因素，采取切实可行的电磁兼容控制策略。必须认识到，电子设备运行中，电磁干扰是随机出现的，在设计前需要做好预评估，运用屏蔽、滤波、接地等技术，提升电子设备的电磁兼容性，确保设备的稳定可靠运行。

[通联编辑：光文玲]