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第10章 PCB电磁兼容设计 电磁兼容的英文为Electromagnetic Compatibility，简称EMC。电磁兼容技术是一门迅速发展的综合性交叉学科，研究PCB设计中的电场与磁场的兼容性 。 10.1 电磁兼容的基本知识 10.1.1 电磁兼容及相关概念 1.电磁兼容 国际电工委员会IEC60050(161)《电磁兼容术语》中对电磁兼容的定义是：“设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。” 电磁环境是由空间、时间和频谱三大要要素组成的。 2.电磁兼容相关概念 电磁干扰（EMI，Electromagnetic Interference）会引起设备、传输通道或系统性能下降。 电磁骚扰（Electromagnetic Disturbance）是指任何可能引起设备、装置或系统性能降低或者对有生命或者无生命物质产生损害作用的电磁现象。 电磁辐射（Electromagnetic Radiation）是以电磁波形式由波源发射到空间的现象或以电磁波的形式存在于空间的现象。“电磁辐射”一词的含义有时也可引伸，电磁感应现象也包含在内。 电磁噪声（Electromagnetic Noise）是一种明显不传送信息的时变电磁现象，它可与有用信号叠加或组合，有时也称为电磁环境。 射频干扰和电磁干扰(RFI/EMI)可以通过任何一种设备机壳的开口、通风孔、出入口、电缆、测量孔、门框、舱盖、抽屉和面板以及机壳的非理想连接面等进行辐射。 共模干扰(CM)和差模干扰(DM)：共模干扰存在于电源任何一相线与大地或中线与大地间。共模干扰有时也称纵模干扰、不对称干扰或接地干扰，是载流导体与大地之间的干扰。差模干扰存在于电源相线与中线及相线与相线之间。差模干扰也称常模干扰、横模干扰或对称干扰，这是载流导体之间的干扰。共模干扰表明干扰是由辐射或串扰耦合到电路中来的。而差模干扰则表明干扰是源于同一条电源电路的。 10.1.2 电磁兼容的三要素 电磁兼容的三要素是干扰源、耦合途径、敏感设备。 1．干扰源 具体到电磁干扰，可以按照下面所列7类进行划分。 2．耦合途径 电磁干扰的传播途径如图10-1-2所示，有通过电源线、信号线、地线、大地等途径传播的“传导干扰’’(Conducted Interference)，也有通过空间直接传播的“空间干扰”(Radiated Interference)。前者归属于频率较高的部分(>30MHz)，后者则是较低频的部分(<30MHz)。 传导干扰是指一个电网络信号通过导电介质，耦合(干扰)到另一个电网络。 辐射发射有两种基本类型：差模(DM)和共模(CM)。 一根导线上的差模干扰电流与共模干扰同向，I1=IC+ID；另一根导线上的差模噪声与共模噪声反向，I1=IC-ID。 干扰信号侵入线路和接地之间，干扰电流在两条线上各流过二分之一，以地为公共回路，这种干扰是比较容易消除的。 当设备和导线的长度比波长短时，主要问题是传导干扰；当它们的尺寸比波长大时，主要问题是辐射干扰。 3．提高设备抗耦合干扰性能 共有4种耦合性干扰，下面分别对其进行分析并提出解决办法。 (1)电路性耦合 (2)电容性耦合 (3)电感性耦合 10 电磁兼容对设备的要求有两个方面：一是设备工作时不会对外界产生不良的电磁干扰影响；另一个是不能对外界的电磁干扰过度敏感。 1．电磁兼容问题 （1）印刷电路板中带状线、电线、电缆间的串音和电磁耦合 当考虑在PCB带状线、电缆中导体或靠近的电线和电缆的串音问题时，最主要的是确定电场（互容）耦合和磁场（互感）耦合哪个是主要的。 （2）数字电路PCB使电子产品的电磁辐射加重 计算机等电子设备的电路一般都是用数字电路PCB实现的，在很多情况下，数字电路PCB产生的辐射问题要比模拟电路PCB更严重。 2．电磁兼容的防治措施 解决电磁兼容问题应从产品的开发阶段开始，并贯穿于整个产品或系统的开发、生产过程。电磁兼容的工程方法有测试修改法和系统设计法。 （1）屏蔽 屏蔽主要是运用各种导电材料，制成壳体与大地连接，以切断静电耦合、感应耦合或交变电磁场耦合的电磁噪声传播途径。 （2）隔离 隔离主要是运用继电器、隔离变压器或光电隔离器等器件来切断电磁噪声传导形式的传播途径。其特点是将两部分电路的地线系统分隔开来，切断通过阻抗进行耦合的可能。 （3）滤波 滤波是在频域上处理电磁噪声的技术，为电磁噪声提供一个低阻抗通路，以抑制电磁干扰。 （4）接地 接地包括接地体的设计、地线的布置、接地线在各种不同频率下的阻抗等内容，不仅涉及产品或系统的电气安全，而且关联着电磁兼容和其测量技术。 |
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