探究电子设备的电磁兼容性设计

胡建瑛

摘 要：电磁兼容性是影响电子设备运行可靠性、安稳性的主要因素之一，故而提升电磁兼容性设计水平具有很大现实意义。文章在解读电磁兼容性概念的基础上，列举了电磁干扰的主要方式，主要包括内部干扰与外部干扰，探究其各自常见的情况，为详细的论述了电子设备的电磁兼容性设计的内容与方法，包括PCB、屏蔽、接地、滤波及隔离设计等，以供同行参考。

关键词：电子设备;电磁兼容性;电磁干扰;设计分析

引言

信息社会中电子设备不断被设计、研发及应用，在有限的平台与空间中，电子设备类型、密集度均有不断增加的趋势，工作频率也明显提升，且有频带错综交叠的特征，外加设备自身灵敏度有很大提升，在以上多种因素的作用下，电磁环境异常复杂，这样的环境中电子设备的电磁兼容性问题逐渐浮出水面。尽管电池干扰不会有损设备自身性能，但会扰乱其正常运转过程，给系统埋下隐患，增加系统安全运行的失败率。故而越来越多的人开始研究电子设备额度兼容性问题，通过加强设计去改善以上情况。。

一、电磁兼容性的分析

电磁兼容性，即被定义成器件、设备或系统能在自身所处的电磁环境内维持良好的安全运行状态，也不会对所处环境形成任何无法承受的电磁骚扰情况的能力。电磁兼容主要包括电磁干扰与电磁敏感度两大项内容。为使运转阶段实现互不干扰、兼容，不仅要有效调控骚扰源形成的电磁发射，也要尽可能的增强被骚扰对象的抗扰能力。

二、电磁干扰方式

（一）内部干扰

即电子设备内置的不同元器件之间出现的相互干扰，可能是工作电源通过线路的分布电容与绝缘电阻之间形成漏电情况，进而引发的干扰;或者是信号经由地线、电源和传输导线的阻抗相互耦合或者不同导线之间的互感作用而引起的;设备本体或系统内置的部分元件发热发烫，损害元件器稳定性时，也可能形成内部干扰[1]。

（二）外部干扰

即电子设备或系统之外的因素对线路、设备或系统形成的干扰，比如外部高电压和电源以绝缘漏电位载体，对线路、设备或系统形成不同程度的干扰;外部大功率在空间上形成较强磁场，基于相互耦合过程形成干扰;也可能是因作业环境温度稳定性差或者外部空间电磁波引起的干扰。

三、设备的电磁兼容性设计

（一）PCB设计

首先，要做到布局的合理性。在PCB设计具体设计中，应全面分析电磁兼容、热分布及电路单元功能等因素形成的影响，尽可能的提升布局的科学性，减缩电源端口、信号端口等和连接器的间距，达到对数字电路和模拟电路的有效隔离。在PCB综合布局阶段，应遵照如下如下几点原则[2]：（1）参照信号传输的次序部署各个单元电路的位置，规避发生信号迂回流通状况;（2）参照功能电路的核心器件开展布局工作，从基础环节上布局效果得到保障;（3）力争将引线数目降到最少，减缩其长度，减少分布参数与相互之间形成的电磁干扰;（4）尽量在相同区域中布置输入、输出单元单路。

其次，实现合理分层。减少系统射频发射量，由针对性的强化系统防护性能，挺难通过落实这一点确保信号的完整性。分层设计实践中，应给予如下几点问题：（1）信号层一定要紧贴平面层，最好贴靠地平面层;（2）对于重要信号线，需加设带状线;如果面对的对象是复位、时钟及敏感信号线，在条件准许下理应用两个地平面包绕;（3）主电源平面一定要紧贴在地平面，建议将其布置在地平面下方。

最后，确保布线的准确性。要求设计人员要精准的划分信号线的所属类别，时钟与敏感信号线的布置工作在前，高速信号线次之，最后是他类信号线。在整个布线过程中，要保证输入、输出端信号线两者处于完全隔离状态，杜绝出现远距离平行布线状况，并且在传输线转弯位置尽可能的布置出圆弧形，不要出现大范围覆盖铜现象，如果有特别要求一定要大范围覆铜，则要应用栅格状设计方法，辅助应用多过孔连接接地。布线阶段，在确认不影响使用功能的基础上，尽可能的缩短高频元器件之间的布线长，这是减少干扰问题的有效方法之一。

（二）屏蔽设计

屏蔽，即采用屏蔽体去减少电磁能量的传输，或者对以上过程形成一定阻断作用，规避

干扰电磁场向外扩散过程。对于来自导线、电缆、电路等形成的电磁波，屏蔽体能起到良好的吸收、反射或抵消作用，借此方式

弱化电磁干扰。在设计屏蔽外壳环节中，建议把通

风孔设计成圆形，在确保髂具有良好散热效果的基础上，尽可能的缩小通风孔

的尺寸大小，胆以上过程中不会对通风孔的数目设定明确限制。可以应用焊接工艺处理外壳接缝位置，这是确保电磁传输过程连续性的有效方法之一。通常要求缝隙的最大线形尺寸小于波长

，至少小于波长。也要做好孔洞的电磁屏蔽设计工作。很多电子设备投用阶段为了实现通风散热功能及安装、调控轴、表头、电缆等，一定会开设数目不等的孔洞，孔洞可能为电磁能量泄漏创造便利条件，这是造成屏蔽体屏蔽效能降低的主要原因之一。伴随孔洞尺寸的增加过程，屏蔽效果会有降低趋势，通常而言，应控制孔洞尺寸20～50波长[3]。

（三）接地设计

既往有大量的工程实践表明，在电子设备内，接地对电磁噪声、干扰分别能起到较好的抑制、防控作用。在具体设计中，应合理选择接地点位，应用行之有效的接地干扰抑制方法，尽量降低不同接地点之间的电位差，可以选用管型接地线，确保不同接电线之间电气连接的可靠性。合理选择接地方式，悬浮、单点与多点接地是电子设备中常用的基本接地方式，通常而言，频率低于1HMz时建议选择单点接地;多点接地方式在频率超过IOMHz的工况中表现出良好的适用性，如果频率在1MHz～10MHz区间内取值时，建议应用混合接地形式

（四）滤波设计

滤波技术是抑制电气、电子设备传导干扰过程的有效方法之一，也具备强化设备抗传导干扰性的功能。实践中，通常会将电磁干扰滤波器加设到电子设备中，进而减少传导干扰电频，参照阻抗失配原理，逐渐衰减电磁干扰信号的强度。在布置滤波器时，应使滤波器金属壳和机箱壳两者取得较好的面接触，實现对地线的有效连接;滤波器输入、输出线必须有一定距离，不要出现并列通行情况，以防造成滤波器效能降低;选择双绞线作为滤波器的连接线，这种接线自身有消解局部高频干扰信号的作用[4]。

（四）隔离设计

为了能有效减少电磁形成的干扰，也可以采用相应的物理隔离手段，比如增加被干扰电路和干扰源之间的距离，干扰程度和距离平方之间存在反比例关系，距离每增加1倍，干扰程度大概会下降4倍。鉴于以上情况，设计人员在实践中可以考虑完善部分器件或设备的布局与布线形式，拉大干扰源和被干扰电路的距离，进而减少系统的故障发生率。安装布线过程中，要依照干扰灵敏性与自身功率分别进行处理，布线顺序应依照低电平模拟信号、一般数字信号、交流控制及直流动力装置等布置，实现有效的隔离设计。

结束语：

总之，在进行电子设备的电磁兼容性设计时，应综合分析多方面的因素，在此基础上采用适宜的电磁兼容控制方法。我们一定要明确，电子设备运转阶段，电磁干扰的出现有一定随机性，兼容性设计前要进行科学的预测评，合理应用屏蔽体、滤波、接地等技术，最大限度的提升设备的电磁兼容性，确保其运行状态的高可靠性。

参考文献：

[1]陈磊.军用电子设备电磁兼容性设计与试验研究[J].通信电源技术，2020，37（04）：23-25.

[2]陈倩.浅谈某型机载电子设备柜电磁兼容性设计[J].科学技术创新，2018，47（09）：191-192.

[3]汤恒，易艳春.舰用电子设备结构电磁兼容性设计要点[J].舰船电子工程，2017，37（08）：16-20.

[4]周国清.电子设备中基于接地与屏蔽的电磁兼容性设计[J].西南大学学报（自然科学版），2014，36（08）：185-188.