电子设备的电磁兼容及解决对策

罗 迪 苏升力 韩贵春 李荣东 郐 娟

（大连光洋科技工程有限公司，辽宁大连 116600）

1 电磁兼容的定义

设备、分系统和系统在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态。即:该设备、分系统、系统不会由于受到处于同一电磁环境中其他设备的电磁发射导致或遭受不允许的性能降低;它也不会使同一电磁环境中其他设备、分系统、系统因受其电磁发射而导致或遭受不允许的性能降低。

2 电磁干扰的分类

按干扰源分类，分为外部干扰和内部干扰。外部干扰又分为自然干扰和人为干扰。具体关系可通过图1来反映。

各种形式的电磁干扰是影响电子设备电磁兼容性的主要因素，因此，它是电磁兼容性设计中需要研究的重要内容。

（1）外部干扰 是指电子设备或系统以外的因素对线路、设备或系统的干扰，包括以下几种:①外部的高电压、电源通过绝缘漏电而干扰电子线路、设备或系统;②外部大功率设备在空间产生很强的磁场，通过互感耦合干扰电子线路、设备或系统;③空间电磁波对电子线路或系统产生的干扰;④工作环境温度不稳定，引起电子线路、设备或系统内部元器件参数改变造成的干扰;⑤由工业电网供电的设备和由电网电压通过电源变压器所产生的干扰。

（2）内部干扰 是指电子设备内部各元部件之间的相互干扰，包括以下几种:①工作电源通过线路的分布电容和绝缘电阻产生漏电造成的干扰（与工作频率有关）;②信号通过地线、电源和传输导线的阻抗互相耦合，或导线之间的互感造成的干扰;③设备或系统内部某些元件发热，影响元件本身或其他元件的稳定性造成的干扰;④大功率和高电压部件产生的磁场、电场通过耦合影响其他部件造成的干扰。

3 电磁干扰的传播途径

电磁干扰传播途径一般也分为两种:传导干扰方式和空间干扰方式。空间干扰主要包括辐射耦合干扰和感应干扰（图2）。

任何电磁干扰的发生都必然存在干扰能量的传输和传输途径（或传输通道）。通常认为电磁干扰传输有两种方式:一种是传导传输方式;另一种是空间传输方式。因此从被干扰的敏感器来看，干扰耦合可分为传导耦合和空间（辐射）耦合两大类。

传导传输必须在干扰源和敏感器之间有完整的电路连接，干扰信号沿着这个连接电路传递到敏感器，发生干扰现象。这个传输电路可包括导线，设备的导电构件、供电电源、公共阻抗、接地平板、电阻、电感、电容和互感元件等。

辐射传输是通过介质以电磁波的形式传播，干扰能量按电磁场的规律向周围空间发射。常见的辐射耦合有3种:①甲天线发射的电磁波被乙天线意外接受，称为天线对天线耦合;②空间电磁场经导线感应而耦合，称为场对线的耦合;③两根平行导线之间的高频信号感应，称为线对线的感应耦合。

在实际工程中，两台设备之间发生干扰通常包含着许多种途径的耦合。正因为多种途径的耦合同时存在，反复交叉耦合，共同产生干扰，才使电磁干扰变得难以控制。

4 电磁兼容的解决对策

4．1 接地

接地是指整个电路系统中的所有单元电路都通过机壳连接大地，使整个系统有一个公共的参考零电位，保证电路系统能稳定地工作。

接地能够有效防止外界的电磁场干扰。机壳接地可以使得由于静电感应而积累在机壳上的大量电荷通过大地泄放，否则这些电荷形成的高压可能引起设备内部的火花放电而造成干扰甚至是器件的损坏。另外，对于电路的屏蔽体，若选择合适的接地，也可获得良好的屏蔽效果。

当发生直接雷电的电磁感应时，可避免电子设备的毁坏;当工频交流电源的输入电压因绝缘不良或其他原因直接与机壳相通时，可避免操作人员的触电事故发生。

因此，接地是抑制噪声防止干扰的主要方法。接地也可以理解为一个等电位点或等电位面，是电路或系统的基准电位，但不一定为大地电位。为了防止雷击可能造成的损坏和工作人员的人身安全，电子设备的机壳和机房的金属构件等，必须与大地相连接，而且接地电阻一般要很小，不能超过规定值。

电路的接地方式基本上有3类，即单点接地、多点接地和混合接地。单点接地是指在1个线路中，只有1个物理点被定义为接地参考点。其他各个需要接地的点都直接接到这一点上。多点接地是指某一个系统中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引线的长度最短。接地平面，可以是设备的底板，也可以是贯通整个系统的地导线，在比较大的系统中，还可以是设备的结构框架等等。混合接地是将那些只需高频接地点，利用旁路电容和接地平面连接起来。但应尽量防止出现旁路电容和引线电感构成的谐振现象。

4．2 屏蔽

屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲，就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散;用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。

因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量（涡流损耗）、反射能量（电磁波在屏蔽体上的界面反射）和抵消能量（电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场，可抵消部分干扰电磁波）的作用，所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。

4．3 PCB的电磁兼容设计

（1）尽量减小每个回路的有效面积

传导干扰分差模干扰和共模干扰两种。先来看看传导干扰是怎么产生的。如图3所示，回路电流产生传导干扰。这里面有好几个回路电流，我们可以把每个回路都看成是一个感应线圈，或变压器线圈的初、次级，当某个回路中有电流流过时，另外一个回路中就会产生感应电动势，从而产生干扰。减少干扰的最有效方法就是尽量减小每个回路的有效面积。

（2）屏蔽、减小各电流回路面积及带电导体的面积和长度

如图4 所示，e1、e2、e3、e4为磁场对回路感应产生的差模干扰信号;e5、e6、e7、e8为磁场对地回路感应产生的共模干扰信号。共模信号的一端是整个线路板，另一端是大地。线路板中的公共端不能算为接地。不要把公共端与外壳相接，除非机壳接大地，否则，公共端与外壳相接，会增大辐射天线的有效面积，共模辐射干扰更严重。降低辐射干扰的方法，一个是屏蔽，另一个是减小各个电流回路的面积（磁场干扰）和带电导体的面积及长度（电场干扰）。

（3）采用双线传输和阻抗匹配

如图5所示，两根相邻的导线，如果电流大小相等，电流方向相反，则它们产生的磁力线可以互相抵消。对于干扰比较严重或比较容易被干扰的电路，尽量采用双线传输信号，不要利用公共地来传输信号，公共地电流越小干扰越小。当导线的长度等于或大于1/4波长时，传输信号的线路一定要考虑阻抗匹配，不匹配的传输线会产生驻波，并对周围电路产生很强的辐射干扰。

电磁兼容是一项复杂的系统工程，同样的设计及防护在不同环境中的效果会有很大的差别。这就需要在各自系统的实际工作环境中，从原理及实践中不断地摸索和总结，去寻求解决之道。