电路板级的EMC设计（1）概述

文章目录

电路板级的EMC设计（1）概述
- 文档简介
- 第一部分：电磁干扰和兼容性的概述
- - 基本概念
  - EMC测试构成
  - 电磁环境的组成

文档简介

应用文档从元件选择、电路设计和印制电路板的布线等几个方面讨论了电路板级的电磁兼容性（EMC）设计

本文从以下几个部分进行论述：

第一部分：电磁兼容性的概述
第二部分：元件选择和电路设计技术
第三部分：印制电路板的布线技术

第一部分：电磁干扰和兼容性的概述

电磁干扰是现代电路工业面对的一个主要问题。为了克服干扰，电路设计者不得不移走干扰源，或设法保护电路不受干扰。其目的都是为了使电路按照预期的目标来工作——即达到电磁兼容性。

通常，仅仅实现板级的电磁兼容性这还不够。虽然电路是在板级工作的，但是它会对系统的其它部分辐射出噪声，从而产生系统级的问题。

另外，系统级或是设备级的电磁兼容性必须要满足某种辐射标准，这样才不会影响其他设备或装置的正常工作。许多发达国家对电子设备和仪器有严格的电磁兼容性标准；为了适应这个要求，设计者必须从板级设计开始就考虑抑制电子干扰。

基本概念

电磁兼容性：衡量电子设备“电磁干扰性能”的指标：设备既不会对相邻设备产生电磁干扰，也不会受相邻设备的电磁干扰的能力(在标准可接受的范围内)。

电磁兼容（EMC）包括两个方面的概念：

EMI（电磁干扰）：电子产品工作会对周边的其他电子产品造成干扰
EMS（电磁抗挠度）：设备本身能够承受相应标准、规定范围内的电磁能量干扰的能力

电磁干扰的主要途径是两个方面：

传导干扰：经过电源线、信号线传导；主要解决方法是滤波
辐射干扰：通过空间电磁波辐射；主要解决方法是屏蔽
另外还有一个方面叫做瞬态干扰，主要包括：
瞬态脉冲（EFT）
各类浪涌（SURGE）
静电放电（ESD）
解决瞬态干扰的方式是使用瞬态抑制器件。

最基本的干扰抑制技术

屏蔽
滤波
接地
他们主要是用来切断干扰的传播途径

EMC测试构成

EMC包含两大项：EMI（干扰）和 EMS(敏感度，抗干扰）

EMI测试项包括：

RE（辐射，发射）
CE(传导干扰）
Harmonic（谐波）
Flicker (闪烁)

EMS测试项包括：

ESD （静电）
EFT（瞬态脉冲干扰）
DIP(电压跌落）
CS（传导抗干扰）
RS（辐射抗干扰）
Surge（浪涌，雷击）
PFM(工频磁场抗扰度）

电磁环境的组成

一个简单的电磁干扰模型由三个部分组成：

电磁干扰源
耦合路径
接收器

电磁干扰模型的组成如图一所示。

电磁干扰源

电磁干扰源包括微处理器、微控制器、静电放电、传送器、瞬时功率执行元件，比如说：机电式继电器、开关电源、闪电等。在一个微控制器系统里，时钟电路通常是最大的宽带噪声发生器，而这个噪声被分散到了整个频谱。随着大量的高速半导体器件的应用，其边沿跳变速率非常快，这种电路可以产生高达300MHZ的谐波干扰。

耦合路径

噪声被耦合到电路中最简单的方式是通过导体的传递。如果一条导线在一个有噪声的环境中经过，这条导线通过感应将接受这个噪声并且将它传递到电路的其余部分。噪声通过电源线进入系统，就是这种的耦合的一种情况。由电源线携带的噪声就被传到了整个电路。

耦合也能发生在有共享负载（阻抗）的电路中。例如，两个电路共享一条提供电源电压导线，并且共享一条接地的导线。如果一个电路要求提供一个突发的电流，由于两个电路共享共同的电源线和同一个电源内阻，则另一个电路的电源电压将会下降。该耦合的影响能通过减少共同的阻抗来削弱。但不幸的是，电源内阻抗是固定的而不能被降低，这种情况也同样发生在接地的导线中。在一个电路中流动的数字返回电流在另一个电路的接地回路中产生了地电位的变动。若接地不稳定，则将会严重的降低运算放大器、模数转换器和传感器等低电平模拟电路的性能。同样，对每个电路都共享的电磁场的辐射也能产生耦合。当电流改变时，就会产生电磁波。这些电磁波能耦合到附近的导体中并且干扰电路中的其它信号。

接收器（受体）

所有的电子电路都可以接受传送的电磁干扰。虽然一部分电磁干扰可通过射频被直接接受，但大多数是通过瞬时传导被接受的。在数字电路中，临界信号最容易受到电子干扰的影响。这些信号包括复位、中断和控制信号。模拟的低级放大器、控制电路和电源调整电路也容易受到噪声的影响。

为了进行电磁兼容性设计并符合电磁兼容性标准，设计者需要将辐射（从产品中泄露的射频能量）减到最小，增强其对辐射（进入产品中的射频能量）的易感性和抗干扰能力。如图一所示，发射和抗干扰都可以根据辐射和传导的耦合来分类。辐射耦合在高频中十分常见，而传导耦合路径在低频中更为常见。