電磁兼容基礎知識你了解多少

電磁兼容性(EMC)是指設備或系統在其電磁環境中滿足要求而不對其環境中的任何設備產生難以忍受的電磁干擾的能力。因此，EMC包括兩個要求：一方面，設備在正常運行過程中對環境的電磁干擾不得超過一定的限值；另一方面，設備對環境中的電磁干擾具有一定的抗干擾性，即電磁敏感性。

電磁干擾源類型：

電磁干擾源種類繁多，可以根據不同的方法進行分類。直接影響測量和測量設備的干擾源可分為自然干擾源和人工干擾源。

自然干擾源包括：

(1)大氣噪聲干擾:如雷電產生的火花放電。屬于脈沖寬帶干擾，覆蓋Hz至100mHz以上。傳播距離相當遠。

(2)太陽噪聲干擾：指太陽黑子的輻射噪聲。在太陽黑子活動期間。黑子的爆發。會產生比穩定期高數千倍的強烈噪聲。導致通信中斷。

(3)寧宙噪聲:指宇宙天體的噪聲。

(4)靜電放電：人體。設備上積累的靜電電壓可達數萬伏至數十萬伏。它通常通過電暈或火花釋放，稱為靜電放電。靜電放電產生強大的瞬時電流和電磁脈沖，會對靜電敏感器件和設備造成損壞。靜電放電是脈沖寬帶干擾。頻譜成分從直流到連續劍的頻率段。

人工干擾源是指由電氣、電子設備和其他人工設備引起的電磁干擾。這里提到的人工干擾源是指無意識的干擾。至于故意實現某種目的的干擾，如電子對抗圍。

人工干擾源包括：

(1)無線電發射設備：包括移動通信系統、廣播、電視、雷達、導航和無線電接力通信系統，如微波接力、衛星通信等。由于發射功率大，基波信號會產生功能干擾；諧波和真實發射構成非功能無用信號干擾。

(2)工業、科學、醫療(ISM)設備:如感應加熱設備、高頻焊機、x光機、高頻理療設備等。除了空間輻射干擾外，強大的輸出功率還通過工頻電網干擾遠處設備。

(3)電力設備：包括伺服電機、電鉆、繼電器、電梯等設備。斷開的電流劇變和相關的電火花成為干擾源：電力系統中的非線性負載（如電弧爐等）。間斷電源（UPS）等同態電源轉換設備產生大量諧波涌入電網，成為干擾源：熒光燈等照明設備也產生光放電噪聲干擾。

(4)汽車.內燃機點火系統:汽車點火系統產生寬帶干擾，干擾強度幾乎從幾百千赫到幾百兆赫不變。

(5)電網干擾：指50Hz交流電網強電磁場、地漏電流、高壓輸電線電暈、絕緣斷裂、污染導體表面的電火花。

(6)高速數字電子設備:包括計算機及相關設備。

就上述電磁干擾源產生的機制而言，有：放電噪聲（雷電、靜電放電、光放電等）。接觸噪聲、電路過渡現象、電磁波反射現象等。電磁波反射在傳輸線和數字設備必須認真對待的干擾源。

電磁干擾的危害：

• 干擾電視觀看、收聽廣播收音機。

• 數據在數據傳輸過程中丟失。

• 破環在設備分系統或系統級正常工作。

• 醫療電子設備工作異常。

• 自動微處理器控制系統失控。

• 導航系統工作異常。

• 起爆裝置無意爆炸。

• 工業過程控制功能失效。

除此之外，強電場還會對生物體產生影響，一般可分為熱效應和非熱效應。對于熱效應，隨著射頻入射功率密度的逐漸增加，血流可能會加快。血液分布較少的局部體溫升高。酶活性降低。蛋百質變性。心率變化，甚至體溫調節能力受到抑制。局部組織受損直至死亡。對于非熱效應，它有更廣泛的影響。包括對中樞神經系統、血液免疫系統、心血管系統、生殖系統和胚胎發育的影響。這些影響不僅反映在個體級、器官級和細胞級。

電磁兼容設計要求：

①明確了系統的電磁兼容性指標。電磁兼容性設計包括電磁干擾環境和系統干擾其他系統的允許指標。

②在了解系統干擾源、被干擾對象和干擾方式的基礎上，通過理論分析將這些指標分級分配給各分系統、子系統、電路、元件和設備。

③根據實際情況，采取相應措施抑制干擾源，消除干擾途徑，提高電路抗干擾能力。

④通過實驗驗證是否符合原指標要求。如果不符合要求，應采取進一步措施，多次循環，直至達到原指標。

電磁兼容的主要研究對象：

①各種人為噪聲，如輸電線路電暈噪聲、汽車噪聲、接觸器本身的噪聲、導體打開時放電引起的噪聲、電氣機車噪聲、城市噪聲等。

②共用走廊內各種公用事業設備(輸電線、通信、鐵路、公路、石油金屬管道等。)相互影響。

③超高層建筑、輸電線、鐵塔等大型建筑引起的反射問題。

④電磁環境對人類和各種生物的影響。包括強電線等工頻場，中短波和微波電磁輻射。

⑤核電磁脈沖的影響。高空核爆炸產生的電磁脈沖可以大面積破壞地面上的指揮、控制、通信、計算機和報告系統。

⑥探譜(TEMPEST)技術。其實質是從信息接收和保護兩個方面開展的一系列研究工作。

⑦電子設備的誤動作。為防止誤動作，必須采取措施提高設備的抗干擾能力。

⑧頻譜分配與管理。無線電頻譜是一種有限的資源，但不是消耗性的，既要科學管理，又要充分利用。

⑨電磁兼容性和測量。

⑧自然影響等。

電磁兼容測量的基本方法：

1.電磁輻射發射測量系統

電磁場輻射測量是測量電氣設備的電磁輻射強度。

2.電磁輻射敏感度測試系統：其測量方法主要包括以下幾種。

1)用發射天線騷擾電磁場，

2)用TEM室或GTEM室騷擾電磁場，

3)用混響室騷擾電磁場，

4)磁場由亥姆霍茲線圈產生。

3.傳導發射測量系統：有以下測量方法：

1)通過線路阻抗穩定網絡LISN，

2)用電流探頭測量電源線上的干擾電源，

3)通過電源吸收鉗測量電源線上的干擾功率。

4.傳導敏感性測試系統：通過以下方法進入干擾信號。

1)干擾信號通過變壓器進入被測線路，

2)干擾信號通過耦合/去耦網絡進入被測線路，

3)通過注入探頭向被測線輸入干擾信號。

提高電磁兼容性的措施：

①使用完美的屏蔽體可以防止外部輻射進入系統，也可以防止系統的干擾能量向外輻射。屏蔽體應保持完整性，必要的門、接縫、通風孔和電纜孔應妥善處理，屏蔽體應接地可靠。

②設計合理的接地系統、小信號、大信號和干擾電路，接地電阻盡可能小。

③采用適當的濾波技術，合理選擇濾波器的通帶，盡量減少漏電損失。

④采用限幅技術，限幅電平應高于工作電平，并應雙向限幅。

⑤正確選擇連接電纜和布線，必要時用光纜代替長電纜。

⑥采用平衡差動電路、整形電路、積分電路、選通電路等技術。

⑦系統頻率分配應適當。當一個系統中有多個主頻信號工作時，盡量避免每個信號頻率，甚至避免對方的諧振頻率。

⑧共用走廊的各種設備在條件允許時應保持較大的隔離，以減少相互影響。

實施電磁兼容：

1.電源：由于許多電磁干擾通過電源耦合到電子設備中，因此在系統電源中進行了特殊的電磁兼容性設計。增加有效的變壓器、穩壓器和濾波電路，使用高效的開關電源芯片和穩壓濾波效果良好的低壓差線性電源芯片，為系統提供穩定可靠的電源。

2.使用去耦電容器：在每個集成電路的電源之間增加一個去耦電容器。去耦電容器有兩個功能：一方面是集成電路的蓄能電容器，提供和吸收集成電路的充放電能；另一方面，設備的高頻噪聲。

3.地線分離：采用四層電路板設計，減少電源和地面寄生電感，有效提高系統的EMC性能。單獨的電源層和地層可以有效地防止設備通過地線與電源之間的耦合。此外，對不同性質的地線采用分離方法，使不同屬性的地線電流走不同的路徑，防止信號串擾。

通信接口：系統485.232.USB等通信接口外接電纜，與外部設備直接相關，易受各種電磁干擾。為了提高這些通信接口的抗干擾能力，磁珠、并聯壓敏電阻和濾波電容器串聯在通信信號線上；

此外，為了增強抗擾性，減少騷擾性，PCB板的布置應遵循以下原則：

1.石英晶體振蕩器應盡可能靠近時鐘設備，時鐘線應盡可能短，外殼應接地，時鐘區應用地線圈起。

不要在石英晶體和對噪聲敏感的設備下接線。

2.I/O驅動電路應盡可能靠近印刷板，以便盡快離開印刷板。進入印刷板的信號應加濾波，高噪聲區的信號也應加濾波。同時，采用串終端電阻減少信號反射。

3.MCU無用端應連接高、接地或定義為輸出端，集成電路上連接電源的端應連接，不得懸掛。不要懸掛閑置的門電路。

4.印刷板盡量使用45折線而不是90折線布線，以減少高頻信號的外部發射和耦合。

5.正確選擇單點接地和多點接地。在低頻電路中，信號的工作頻率小于1mHz，其接線和設備之間的電感影響較小，接地電路形成的環流對干擾影響較大，因此應采用一點接地。當信號工作頻率大于10mHz時，地線阻抗變得非常大此時，應盡量減少地線阻抗，并采用附近的多點接地。當工作頻率為1~10mHz時，如果采用一點接地，地線長度不應超過波長的1/20，否則采用多點接地法。

6.將數字電路與模擬電路分開。電路板上既有高速邏輯電路，又有線性電路，應盡量分開，兩條地線不應混合，分別與電源端地線連接。盡量增加線性電路的接地面積。

7.盡量加厚接地線。如果接地線很薄，接地電位會隨著電流的變化而變化，導致電子設備的定時信號電平不穩定，抗噪聲性能差。因此，接地線應盡可能加厚，以便通過允許電流的三倍于印刷電路板。如有可能，接地線的寬度應大于3毫米。

8.將接地線形成閉環路。在設計只由數字電路組成的印刷電路板的接地線系統時，將接地線制成閉環路可以顯著提高抗噪聲能力。原因是印刷電路板上有許多集成電路組件，特別是當電力消耗較多的組件時，由于接地線厚度的限制，會在接地結上產生較大的電位差，導致抗噪聲能力下降。如果接地結構形成環路，將降低電位差，提高電子設備的抗噪聲能力。

9.選擇合理的導線寬度。由于瞬時電流在印刷線上的沖擊干擾主要是由印刷線的電感成分引起的，因此應盡量減少印刷線的電感。印刷線的電感與其長度成正比，與其寬度成反比，因此短而精確的導線有利于抑制干擾。時鐘導線。驅動器或總線驅動器的信號線通常攜帶大的瞬時電流，印刷線應盡可能短。對于單元電路，印刷線寬度約為1.5mm，可完全滿足要求；對于集成電路，印刷線寬度可在0.2~1.0mm之間選擇。

10.采用正確的布線策略。平等布線可以減少導線電感，但增加導線之間的互感和分布電容。如果布局允許，最好采用井網布線結構。具體方法是印刷板的一側水平布線，另一側垂直布線，然后用金屬孔連接交叉孔。為了抑制印刷板導線之間的串擾，在設計布線時應盡量避免長距離平等布線。