電磁兼容設計準則

1.2印制電路設計準則
在印制線路板設計中，產品設計師往往只注重提高密度，減小占用空間，制作簡單，或追求美觀，布局均勻，忽視了線路布局對電磁兼容性的影響，使大量的信號輻射到空間形成騷擾。
在設計印制線路板時，應注意以下幾點：
⑴從減小輻射騷擾的角度出發，應盡量選用多層板，內層分別作電源層、地線層，用以降低供電線路阻抗，抑制公共阻抗噪聲，對信號線形成均勻的接地面，加大信號線和接地面間的分布電容，抑制其向空間輻射的能力。
⑵電源線、地線、印制板走線對高頻信號應保持低阻抗。在頻率很高的情況下，電源線、地線、或印制板走線都會成為接收與發射騷擾的小天線。降低這種騷擾的方法除了加濾波電容外，更值得重視的是減小電源線、地線及其他印制板走線本身的高頻阻抗。因此，各種印制板走線要短而粗，線條要均勻。
⑶電源線、地線及印制導線在印制板上的排列要恰當，盡量做到短而直，以減小信號線與回線之間所形成的環路面積。
⑷電路元件和信號通路的布局必須最大限度地減少無用信號的相互耦合。
①低電子信號通道不能靠近高電平信號通道和無濾波的電源線，包括能產生瞬態過程的電路。
②將低電平的模擬電路和數字電路分開，避免模擬電路、數字電路和電源公共回線產生公共阻抗耦合。
③高、中、低速邏輯電路在PCB上要用不同區域。
④安排電路時要使得信號線長度最小。
⑤保證相鄰板之間不能有過長的平行線。
⑥EMI濾波器要盡可能靠近EMI源，并放在同一塊線路板上。
⑦DC/DC變換器、開關元件和整流器應盡可能靠近變壓器放置，以使其導線長度最小。
⑧盡可能靠近整流二極管放置調壓元件和濾波電容器。

1.3設備內部走線準則
有些產品，尤其是不大正規的產品，內部走線十分混亂，各種走線胡亂捆扎在一起，又沒有任何屏蔽、濾波、接地措施。這種內部走線處理方法，不僅傳輸高、低電平信號的導線之間相互騷擾，也給后期采用屏流濾波等補救措施帶來不便。正確的布線也是一種電磁兼容性設計措施，它能大大地降低騷擾，不需增加工序，卻可收到較滿意的效果。因此在布線時，應做到：
⑴機箱中各種裸露走線要盡可能短。
⑵傳輸不同電子信號的導線分組捆扎，數字信號線和模擬信號線也應分組捆扎，并保持適當的距離，以減小導線間的相互影響。
⑶對于產品經常用來傳遞信號的扁平帶狀線，應采用 地--信號--地--信號--地 排列方式，這樣不僅可以有效地抑制騷擾，也可明顯提高其抗擾度。
⑷將低頻進線和回線絞合在一起，形成雙絞線，這樣兩線之間存在的騷擾電流幾乎大小相等，而方向相反，其騷擾場在空間可以相互抵消，因而減小騷擾。
⑸對能確定的、輻射騷擾較大的導線加以屏蔽。
⑹功能單元和設備內電路的分隔能把無用信號限制在有限范圍內，以便使無用信號和可能敏感的電路和導線有效地去耦。
①在可能的地方使用模塊式結構（有屏蔽外殼的功能單元）。
②特別要把電源線濾波器、高電平信號電路、低電平信號電路放在不同的屏蔽隔艙內。
③在設備內部采用屏蔽，例如板或隔墻來分隔高電平源和靈敏的接收器。
④對電源提供有效的電、磁場屏蔽。特別是對開關電源。
⑤合理屏蔽高壓電源，并同敏感電路隔離。
⑥在整個音頻敏感電路周圍使用磁屏蔽，以減少同電源線的耦合。可以用這樣的方法來有效地減少400Hz/50Hz交流聲。輸入電路用差分方式，輸入信號用雙絞線。
舉例；如在顯示器中，交流電源線的插座一般都在后面板，而電源開關經常在前面板，這樣機內的電源走線就很長，而許多廠家對這種情況沒有采取相應的措施，如采用屏蔽線或雙絞線等。這就會導致機內走線接收工作信號，并通過電源線傳導出來。
又如，在微機中，電源雖然是屏蔽的，但電源的直流輸出線在屏蔽體之外，如果直流輸出線過長，就很容易將主板上的騷擾接收下來，傳到交流電源線上。因而在設計時，應盡量減小直流輸出線的長度。另外，還可以在直流輸出線上加上磁珠或鐵氧體磁環。

1.?4底板和機殼設計準則
底板和機殼的結構設計，即結構材料和裝配技術，常常能決定是否能同工作環境實現EMC。
底板和機殼是為控制設備或功能單元中無用信號通路提供屏蔽的最有效方法。屏蔽的程度取決于結構材料的選擇和裝配中所用的設計技術兩個方面。經過設計的屏蔽僅受設計者在設計接縫、開口、穿透和對底板及機殼的搭接等方面的知識和技巧的限制。

1.4.1屏蔽
屏蔽是對場的處理問題。離場源的距離不同的區域，場的性質不同。一個臨界距離是d。
d0=λ/2π≌λ/6
⑴場域劃分
粗略劃分：d＜λ/2π的區域為近場區
d＞λ/2π的區域為遠場區
嚴格劃分：d＜d0/3即d＜λ/20的區域為近場區（但實際可擴展到d＜λ/1.2π）
d＞3 d0=λ/2的區域為遠場區
λ/20＜d＜λ/2的區域為過渡區
⑵場域性質
近場是感應場—靜電場和靜磁場，對外不輻射能量。（法拉第屏蔽處理）
遠場是輻射場—E和H矢量在時間上同相而向外輻射能量。（機箱屏蔽處理，特別是電氣連續性問題的處理）
過渡區是感應電磁場—場的性質比較復雜。
⑶對設備內部主要是近場問題。
用場論解麥克斯韋方程復雜而不實用，故用近似電路理論處理。即用集中參數電容考察電場引起的耦合，用互感集中參數考察磁場引起的耦合。
①如果波源的電壓高、電流小，則電場的作用比磁場的作用明顯，可采用電場屏蔽。
②如果波源的電壓低、電流大，則磁場起主導作用，應采用磁場屏蔽。
電場屏蔽——用法拉第屏蔽來消除電場的影響。
磁場屏蔽一一使回路1的磁通發生扭曲或將其引向他方，避免與回路2交連來消除磁場耦合。
⑷電磁場的屏蔽——電連續的閉合金屬箱體，對抗遠場和近場。

1.4.2結構材料
⑴適用于底板和機殼的大多數材料是良導體，可以屏蔽電場，如鋁、銅等。主要的屏蔽機理是反射信號而不是吸收。
⑵對磁場的屏蔽需要鐵磁材料，如高導磁率合金和鐵。主要的屏蔽機理是吸收而不是反射。
⑶在強電磁環境中，要求材料能屏蔽電場和磁場兩種成分，因此需要結構上完好的鐵磁材料。屏蔽效能直接受材料厚度以及搭接和接地方法好壞的影響。
⑷對塑料殼體可以在其內壁噴涂屏蔽層，或在注塑時摻入金屬纖維。

1.4.3縫隙
必須盡量減少結構的電不連續性，以便控制經底板和機殼進出的泄漏輻射。提高縫隙屏蔽效能的結構措施包括增加縫隙深度，減少縫隙長度，在接合面加入導電襯墊，在接縫處涂上導電涂料，縮短螺釘間距等。
⑴在底板和機殼的每一條縫和不連續處要盡可能好地搭接。最壞的電搭接處對殼體的屏蔽效能降低起決定性作用。
⑵保證接縫處金屬對金屬的接觸，以防電磁能的泄漏和輻射。
⑶在可能的地方，接縫應焊接，以便接合面連續。在條件受限制的情況下，可用點焊、小間距鉚接和螺釘連接來處理。
⑷在不加導電襯墊時，螺釘間距一般應小于最高工作頻率的l％波長，至少不大于l／20波長。
⑸用螺釘或鉚接進行搭接時，應首先在縫的中部搭接好，然后逐漸向兩端延伸，以防金屬表面的彎曲。
⑹保證緊固方法有足夠的壓力，以便在有變形應力、沖擊、振動時保持表面接觸。
⑺在接縫不平整的地方，在可移動的面板等處，必須使用導電襯墊或指形彈簧材料。
⑻選擇高導電率和彈性好的襯墊。選擇襯墊時要考慮接合處所使用的頻率。
⑼選擇硬韌材料做成的襯墊。
⑽保證同襯墊配合的金屬表面沒有非導電保護層。
⑾當需要活動接觸時，使用指形壓簧（而不用網狀襯墊），并要注意保持彈性指簧的壓力。
⑿導電橡膠襯墊用在鋁金屬表面時，要注意電化腐蝕作用。純銀填料的橡膠或Monel線型襯墊將出現嚴重的電化學腐蝕。銀鍍鋁填料的導電橡膠是霧鹽環境下用于鋁金屬配合表面的最好襯墊材料。

1.4.4穿透和開口
⑴要注意由于電纜穿過機殼使整體屏蔽效能降低的程度。典型的未濾波的導線穿過屏蔽體時屏蔽效能降低30dB以上。
⑵電源線進入機殼時，全部應通過濾波器盒。濾波器的輸入端最好能穿出到屏蔽機殼外；
若濾波器結構不宜穿出機殼，則應在電源線進入機殼處專為濾波器設置一隔艙。
⑶信號線，控制線進入/穿出機殼時，要通過適當的濾波器。具有濾波插針的多芯連接器（插座）適于這種場合使用。
⑷穿過屏蔽殼體的金屬控制軸，應該用金屬觸片、接地螺母或射頻襯墊接地。也可不用接地的金屬軸而用其他絕緣軸貫通波導截止頻率比工作頻率高的圓管來作控制軸。
⑸必須注意在截止波導孔內貫通金屬軸或導線會嚴重降低屏蔽效能。
⑹當要求使用對地絕緣的金屬控制軸時，可用短的隱性控制軸，不調節時用螺帽或金屬襯墊彈性安裝帽蓋住。
⑺為保險絲、插孔等加金屬帽。
⑻用導電襯墊和墊圈、螺母等實現鈕子開關防泄漏安裝。
⑼在屏蔽、通風和強度要求不苛刻時，用蜂窩板屏蔽通風口。最好用焊接方式保持連接，防止泄漏。
⑽盡可能在指示器、顯示器后面加屏蔽，并對所有引線用穿心電容器濾波。
⑾在不能從后面屏蔽指示器／顯示器和對引線濾波時，要用與機殼連續連接的金屬網或導電玻璃屏蔽指示器／顯示器的前面。對夾金屬絲的屏蔽玻璃，在保持合理的透光度條件下，對30~1000MHz的屏蔽效能可達50~110dB。在透明塑料或玻璃上鍍上透明導電膜，其屏蔽效果一般不大于20dB。但后者可消除觀察窗上的靜電積累，在儀器上常用。

屏蔽體要起到屏蔽作用應具備下述3個要素：

a.屏蔽體是一個完整的電連續體；

b.有完善的濾波措施；

c.對于電屏蔽還要有良好的接地。

以微機產品為例，由于其結構比較特殊，要得到很好的屏蔽效能確實比較困難。微機產品屏蔽效能不理想的主要因素為：
①微機系統內部產生騷擾的功率器件、開關器件及電流突變的信號線未加濾波、屏蔽措施，使其機殼內部騷擾場較大。
②許多微機為塑料機殼，表面沒有涂覆導電材料，或雖涂覆但涂料性能不佳，屏蔽效能很低。
③微機機殼由于設通風孔、安裝開關及其它部件，開有許多孔縫，上下機蓋及側板之間由于沒有專門處理，接觸不是很好，造成機箱本身不是一個電連續體，因而影響屏蔽效能。
④電源進線和出線的濾波不當，也是影響屏蔽效能的一個因素。
影響屏蔽效能的因素并非不能消除，但要下功夫，如提高導電涂料的性能，合理布置孔、縫的位置及開口方向，加裝濾波器連接器、屏蔽銅網及導電襯墊，提高裝配工藝水平。總之，解決這一問題需企業重視，設計人員努力。

1.4.5搭接
搭接是把一定的金屬部件機械地連接在一起的過程，目的是實現低電阻的電氣接觸，保證系統電氣性能的穩定，幫助實現對射頻騷擾的抑制。
⑴盡可能用同樣的金屬搭接。
⑵保證搭接的直流電阻不大于25毫歐。不能用歐姆表來評估射頻搭接或射頻墊圈。
⑶對不同金屬進行搭接要注意各種金屬在電化學序列表中的相對位置。電位差要盡可能小，并有合適的防腐蝕措施。
⑷修整搭接表面，以便得到最大的接觸面積。搭接后立即涂復保護層。
⑸搭接前清洗所有配接表面。為防止氧化，在清除了保護層之后就搭接配合表面。
⑹對于永久性搭接應盡可能用熔焊或銅焊、錫焊連接所有的接合面。射頻搭接應優先采用永久性搭接。
⑺不允許用螺栓或螺釘的螺紋來完成射頻搭接。
⑻不允許用導電漆來實現電的或射頻搭接。導電膠連接處必須提供大約700g/cm2的壓力，以保證導電涂復處的高導電率。導電膠的導電性要求大約為2~5mΩ/cm。
⑼壓緊所有的射頻襯墊。

1.?5布線設計準則
布線是指導線和電纜的布置。布線實際上包含了分開、隔離、分類捆扎和電纜安置等一系列的內容。
1.5.1電纜的連接器
電纜的連接能使電子/電氣分系統的性能變壞。不僅因為外來騷擾信號會通過相互作用或耦合進入系統/分系統中的連接電纜，對敏感設備構成嚴重威脅；還可能因設計、分類（隔離）、捆扎和走線等不當而產生問題。
⑴應盡量避免在現場更換電纜；應使用經生產單位測試或檢查過的替換電纜。
⑵設備艙里面的連接電纜難以更換。為此應確定適當的安全余量，以便在系統壽命期允許
連接電纜的性能有所變壞。
⑶設計時要特別注意用于低電平信號和低阻抗電路的連接器，以及由于阻抗增大會引起誤差而又不能探測的連接器。
⑷分系統間的連接電纜和連接器的設計要協調一致。（例如，不能一端要求其所有屏蔽層彼此隔開，而另一端卻只給一個連接器留1根插針供屏蔽層端接。不能一端用屏蔽線控制騷擾輻射，而另一端卻選用非導電涂層的連接器。）
⑸不要讓主電源線和信號線通過同一連接器。
⑹盡量不要讓輸入輸出信號線通過同一連接器。
⑺根據導線分類，正確進行連接器屏蔽層端接。

1.5.2導線分類及成束
EMI控制的一個主要方面是把導線和電纜分成和處理功率電子類似的等級。按30dB功率電平分組的分類表如表2所示：
表2電纜束分類
類別 功率范圍 特點
A >40dBm 高功率DC、AC和RF（EMI）源
B 10~40dBm 低功率DC、AC和RF（EMI）源
C -20~10dBm 脈沖和數字電路源 視頻輸出電路（音頻、視頻源）
D -50~-20dBm 音頻和傳感器敏感電路 視頻輸入電路（音頻敏感電路）
E -80~-50dBm RF、IF輸入電路、安全電路（RF敏感電路）
F <-80dBm 天線和RF電路（RF敏感電路）

這種分類的好處是：
①EMI源和接收器分別以功率分類
②在同一線束或線扎中，鄰近導線功率電平相差不會超過30dB。
1.5.3敷設電纜用的導線標記
①在導線每端距接頭、或被接設備不大于15厘米處制作標記，每根線上的標記間隔為40厘米。
②實際捆扎時，可把標記相同的導線捆扎在同一線束內。未征得EMI控制負責人批準，不可把不同標記的導線捆扎在同一線束內。
1.5.4屏蔽端接
⑴屏蔽導線
①屏蔽導線用于防止產生不必要的輻射或保護導線免受雜散場的影響。
②把屏蔽層隔離開來，以防發生不必要的接地。
③不要把屏蔽層用于信號回線。
④雙絞線有類似電磁屏蔽作用。
⑵敏感電路的保護
①用于保護音頻敏感電路的屏蔽層僅一端接地。永遠不要把屏蔽層用作音頻敏感電路的回線。
②用于射頻敏感電路的屏蔽層兩端要接地。
③對于既屬音頻敏感又屬射頻敏感的電路，要選用緊密的屏蔽線對。扭絞間距離越短屏蔽效果越好。屏蔽層兩端要接地。

1.6接地設計準則
在產品設計時，從安全角度或從功能上考慮接地的多，而從抑制騷擾的角度考慮按地設計的少，因而在選擇接地方式、接地點、接地線時，就會出現一些本可以避免的錯誤。此外，良好的接地設計必需有良好的裝配工藝作保障，才能達到預期的目的。
1.6.1在接地設計時，要根據實際情況選擇接地方式及接地點。
例如，微機輻射騷擾超過極限值的頻率集中在30~200MHz范圍之內，因此微機內部各單元及屏蔽電纜相對機殼應采用多點就近接地的方式。使用單點接地，會增加接地線的長度，如果接地線長度接近或等于騷擾信號波長的l/4時，其幅射能力將大大增加，接地線線將成為天線。一般來講，接地線的長度應小于2.5cm。屏蔽電纜的接地如圖1所示。

1.6.2接地線的選用
經常可以看到這樣的產品，其內部的接地線是很細的單股線，這種在其內部通過高頻電流時，由于高頻阻抗很大，接地效果可想而知。因此，考慮到趨膚效應，接地線需要選用帶狀編織線。如果對接地要求很高，還可在其表面鍍銀，這主要是減小導線的表面電阻率，因而達到減小接地線高頻阻抗的目的。
1.6.3接地線應與接地面良好搭接
標準中一般規定，接地線與接地面的直流搭接阻抗應小于2.5mW為了高質量的接地，接地面應經過表面處理，避免氧化、腐蝕。在接地線與接地平面之間不應有鎖緊墊圈、襯墊，而且不應使用襯墊、螺栓、螺母作為接地回路的一部分。
1.6.4三種接地方式：浮地、單點接地和多點接地
浮地的目的是將電路或設備與公共地線或可能引起環流的公共線路隔離開來。
缺點：由于設備不與大地直接相連，容易出現靜電積累，達到一定程度后會產生擊穿，這是一種破壞性很強的騷擾源。折衷處理的辦法是在浮地與大地之間接一個阻值很大的泄放電阻，以消除靜電積累的影響。實現浮地的辦法：變壓器隔離、充電隔離。浮地除了使地線“浮”起來以外，還解決了單地系統中電位不一致帶來的麻煩。
單點接地是指接地只有一個物理點被定義為接地參考點，其他各需要接地的點都直接接到這一點。如果系統工作頻率很高，達到接地線長度可以與工作頻率（信號的波長）相比擬的程度時就不能再用單點接地的方式了（接地效果已經不理想了），而要用多點接地的概念了。
多點接地是指一個系統中各個接地點都直接接到距它最近的接地平面上，使接地線的長度為最短。接地點可以是設備的底板，也可以是貫通整個系統的地導線，還可以是設備的結構框架等。多點接地的優點是電路結構比單點接地簡單。由于采用了多點接地，就形成了許多接地回路，因此提高接地系統的質量就變得十分重要，需要經常維護，保持良好的導電性能。
混合接地：只對需要高頻接地的地方采用多點接地，其余用單點接地。接地長度以0.05λ~0.15λ來衡量，超出此值的應采用多點接地。
另外，以繼電器等有大電流突變的場合，要用單獨接地以減少對其他電路的瞬變耦合。
負載直接接地是不合適的。用緊繞的雙絞線也能獲得極好的屏蔽性能。
當屏蔽電纜傳輸高頻信號時，電纜外層屏蔽應采用多點接地，典型的分界點是100KHz，高于此值用多點接地，低于此值用單點接地，多點接地時要做到每隔0.05λ~0.1λ有一個接地點。
屏蔽層接地不能用辮狀接地，而應當讓屏蔽層包裹芯線，然后再讓屏蔽層360度接地。
1.6.5地設計準則
電路尺寸小于0.05λ時可用單點接地，大于0.15λ時可用多點接地。
對工作頻率很寬的系統要用混合接地。
出現地線環路問題時，可用浮地隔離（如變壓器，光電）。
所有接地線要短。
接地線要導電良好，避免高阻性。
對信號線，信號回線，電源系統回線以及底板或機殼都要有單獨的接地系統，然后可以將這些回線接到一個參考點上。
對于那些將出現較大電流突變的電路，要有單獨的接地系統，或者有單獨的接地回線以減少對其他電路的瞬態耦合。
低電平電路的接地線必須交叉的地方，要使導線互相垂直。
使用平衡差分電路，以盡量減少接地電路的騷擾影響。
對于最大尺寸遠小于λ/4的電路，使用單點接地的緊絞合線（是否屏蔽視實際情況而定），以使設備敏感度最好。
交直流線不能綁扎在一起。交流線本身要絞合起來。
端接電纜屏蔽層時，避免使用屏蔽層辮狀引出線。
需要用同軸電纜傳輸信號時，要通過屏蔽層提供信號回路。低頻電路可在信號源端單點接地；高頻電路則采用多點接地。
高頻、低電平傳軸線要用多層屏蔽，各屏蔽層用單點接地。
從安全出發，測試設備的地線直接與被測設備的地線聯接；還是從安全出發，要確保接地聯接裝置能夠應付意外的故障電流，在室外終端接地時，能夠應付雷電電流的沖擊。