如何增加系統的EMC、EMI抗電磁干擾能力

在開發帶處理器的電子產品時，如何提高抗干擾能力和電磁兼容性？

1.以下系統應特別注意抗電磁干擾：

(1)微控制器時鐘頻率特別高，總線周期特別快的系統。

(2)系統包含大功率、大電流驅動電路，如產生火花的繼電器、大電流開關等。

(3)含有微弱模擬信號電路和高精度A/D變換電路的系統。

2.采取以下措施增加系統的抗電磁干擾能力：

(1)選擇低頻微控制器：

選擇外時鐘頻率低的微控制器可以有效降低噪聲，提高系統的抗干擾能力。方波和正弦波的高頻成分遠遠超過正弦波。雖然方波的高頻成分比基波小，但頻率越高，就越容易發射成噪聲源。微控制器產生的最有影響力的高頻噪聲大約是時鐘頻率的三倍。

(2)減少信號傳輸中的畸變：

微控制器主要采用高速CMOS技術制造。信號輸入端的靜態輸入電流約為1ma，輸入電容約為10PF，輸入阻抗相當高。高速CMOS電路的輸出端具有相當大的承載能力，即相當大的輸出值。將門的輸出端通過長時間引入輸入阻抗相當高的輸入端，反射問題非常嚴重，會導致信號畸變，增加系統噪聲。當TPD>T已成為一個傳輸線問題，必須考慮信號反射、阻抗匹配等問題。

印刷板上信號的延遲時間與導線的特性阻抗有關，即與印刷板材料的介電常數有關?？梢源致缘卣J為，印刷板導線中信號的傳輸速度約為光速的1/3至1/2。由微控制器組成的系統中常用邏輯電話元件的Tr（標準延遲時間）在3到18ns之間。

在印刷電路板上，信號通過7W電阻和25cm長導線，在線延遲時間約為4~20ns。換句話說，印刷線上的信號導線越短越好，最長不超過25cm。此外，孔數應盡可能少，最好不超過2個。

當信號上升時間快于信號延遲時間時，應根據快速電子學進行處理。此時，應考慮傳輸線的阻抗匹配。對于印刷電路板上集成塊之間的信號傳輸，應避免TD>Trd。印刷電路板越大，系統速度越快。

以下結論總結了印刷線路板設計的一條規則：

信號在印刷板上傳輸，延遲時間不得大于所用設備的標稱延遲時間。

(3)減少信號線之間的交叉干擾：

A點的上升時間為Tr的階躍信號通過引線AB傳輸到B端。AB線上信號的延遲時間為TD。在D點，由于A點信號的向前傳輸，到達B點后的信號反射和AB線的延遲將在TD時間后感知到一個寬度為Tr的頁脈沖信號。在C點，由于AB上信號的傳輸和反射，它將感知到AB線上信號延遲時間的兩倍寬度，即2TD的正脈沖信號。這是信號之間的交叉干擾。干擾信號的強度與C點信號的di/at和線間距離有關。當兩條信號線不長時，AB實際上看到了兩個脈沖的迭加。

CMOS工藝制造的微控制由高輸入阻抗、高噪聲和高噪聲容量組成。數字電路是迭加100~200mv噪聲，不影響其工作。如果圖中的AB線是一個模擬信號，則此干擾將變得不可容忍。如果印刷電路板為四層板，其中一層為大面積地面或雙面板。當信號線的反面為大面積地面時，信號之間的交叉干擾將減少。原因是大面積地面降低了信號線的特性阻抗，D端信號的反射大大降低。特性阻抗與信號線與地面介質介電常數的平方成反比，與介質厚度的自然對數成正比。如果AB線是一個模擬信號，為了避免數字電路信號線CD對AB的干擾，AB線下應有大面積地面，AB線與CD線的距離應大于AB線與地面距離的2~3倍。局部屏蔽地面，在引結的的左右兩側。

(4)降低電源噪聲：

在向系統提供能量的同時，電源還將其噪聲添加到電源上。微控制器的復位線、中斷線和其他控制線最容易受到外部噪聲的干擾。電網上的強干擾通過電源進入電路，即使是電池供電系統，電池本身也有高頻噪聲。模擬電路中的模擬信號無法承受電源的干擾。

(5)注意印刷線板及部件的高頻特性：

在高頻條件下，印刷電路板上的導線、過孔、電阻、電容、接頭的分布電感和電容不容忽視。電容的分布電感不容忽視，電感的分布電容不容忽視。電阻反射高頻信號，導線的分布電容會起作用。當長度大于噪聲頻率相應波長的1/20時，會產生天線效應，噪聲會通過導線向外發射。

印刷電路板的過孔約為0.6pf。

2~6pf電容引入集成電路本身的包裝材料。

電路板上的連接器具有520nH的分布電感。雙列直扦24引腳集成電路扦插座引入4~18nH的分布電感。

這些小較低頻率的微控制器系統中，這些小分布參數可以忽略不計；高速系統必須特別注意。

(6)元件布置要合理劃分：

印刷電路板上部件的位置應充分考慮抗電磁干擾。原則之一是各部件之間的導線應盡可能短。在布局上，模擬信號部分、高速數字電路部分、噪聲源部分（如繼電器、大電流開關等）應合理分離，以最小化相互信號耦合。

(7)處理接地線：

在印刷電路板上，電源線和接地線是最重要的?？朔姶鸥蓴_的主要方法是接地。

對于雙面板，特別注意地線布置。通過采用單點接地法，電源和地面從電源兩端連接到印刷電路板，電源為一個接頭，地面為一個接頭。在印刷電路板上，應有多條返回電路線，這些將聚集在返回電源的接頭上，即所謂的單點接地。所謂的模擬地面。數字地面。大功率設備的開放點是指分離布線，最終聚集在這個接地點。屏蔽電纜通常用于連接印刷電路板以外的信號。對于高頻和數字信號，屏蔽電纜的兩端都接地。低頻模擬信號屏蔽電纜，一端接地良好。

對噪聲和干擾非常敏感的電路或高頻噪聲特別嚴重的電路別嚴重的電路。

(8)用好去耦電容：

一個好的高頻去耦電容器可以去除高達1GHZ的高頻組件。陶瓷電容器或多層陶瓷電容器具有良好的高頻特性。在設計印刷電路板時，每個集成電路的電源應在地面之間添加一個去耦電容器。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開關時的充放電能；另一方面，該設備的高頻噪聲從旁路中消失。數字電路中典型的0.1uf去耦電容器具有5nH分布電感，并行共振頻率約為7mhz，即對10mhz以下的噪聲具有良好的去耦效果，對40mhz以上的噪聲幾乎無效。

1uf，10uf電容器，并行共振頻率在20mHz以上，去除高頻噪聲效果更好。在電源進入印刷板的地方，去除1uf或10uf的高頻電容器往往是有益的，即使是電池供電系統也需要這個電容器。

每10個左右的集成電路應添加一個充放電容器，或稱為儲放電容器。電容器的大小可選為10uf。最好不要使用電解電容器。電解電容器由兩層溥膜卷起。這種卷曲結構在高頻時表現為電感。最好使用膽電容器或聚碳酸醞釀容器。

去耦電容值的選擇不嚴格，可按C=1/F計算；即10mHz取0.1uf，微控制器組成的系統可以在0.1~0.01uf之間。

3.減少噪聲和電磁干擾的經驗:

(1)如果可以使用低速芯片，則不需要高速芯片。高速芯片用于關鍵場所。

(2)可采用串聯電阻的方法，降低控制電路上下沿跳變率。

(3)盡量為繼電器等提供某種形式的阻尼。

(4)使用滿足系統要求的最低頻率時鐘。

(5)時鐘產生器應盡可能接近使用時鐘的設備。石英晶體振蕩器外殼應接地。

(6)用地線圈時鐘區，時鐘線盡量短。

(7)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添加濾波器，從高噪聲區域的信號也應添加濾波器。同時，通過串聯終端電阻減少信號反射。

(8)MCD無用端應連接高度，或接地，或定義為輸出端，集成電路上應連接電源端，不得懸掛。

(9)不要懸掛閑置的門電路輸入端，正輸入端接地，負輸入端接輸出端。

(10)印刷板盡量使用45折線而不是90折線布線，以減少高頻信號對外的發射和耦合。

(11)印刷板按頻率和電流開關特性劃分，噪聲元件與非噪聲元件之間的距離較遠。

(12)單面板和雙面板采用單點電源和單點接地。電源線。地線應盡可能粗。如果經濟負擔得起，應使用多層板來減少電源和地面的容生電感。

(13)時鐘.總線.片選信號應遠離I/O線和接插件。

(14)模擬電壓輸入線。參考電壓端應盡量遠離數字電路信號線，尤其是時鐘。

(15)對于A/D設備，數字部分和模擬部分寧愿統一也不愿交叉。

(16)時鐘線垂直于I/O線，干擾小于平行I/O線，時鐘元件引腳遠離I/O電纜。

(17)元件引腳盡量短，去耦電容引腳盡量短。

(18)關鍵線應盡可能粗，并在兩側增加保護區。高速線應短而直。

(19)對噪聲敏感的線路不應與大電流、高速開關線平行。

(20)不要在石英晶體和對噪聲敏感的設備下接線。

(21)弱信號電路，低頻電路周圍無電流環路。

(22)任何信號都不能形成環路，如不可避免，讓環路區盡可能小。

(23)每個集成電路都有一個去耦電容器。每個電解電容器旁邊應添加一個小的高頻旁路電容器。

(24)電路充放電儲能電容采用大容量鉭電容或聚酷電容，無電解電容。使用管狀電容時，外殼應接地。