毕业设计（论文）-微信号电路设计中电磁兼容影响分析.doc

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1、毕业设计报告（论文） 报告（论文）题目：微信号电路设计中 电磁兼容影响分析 作者所在系部： 电子工程系 作者所在专业： 电子信息工程 作者所在班级： 作 者 姓 名 ： 作 者 学 号 ： 指导教师姓名： 完 成 时 间 ： 2012 年 6 月 20 日 北华航天工业学院教务处制 北华航天工业学院北华航天工业学院 毕业设计（论文）任务书（理工类）毕业设计（论文）任务书（理工类） 学生姓名： 王胜果 专 业：电子信息工程 班 级： B08213 学 号：20084021340 指导教师： 曹白杨 职 称： 教授 完成时间： 2012-06 毕业设计（论文）题目： 微信号电路设计中电磁兼容影响分

2、析 纵向课题（ ）理论研究（ ） 教师科研 课 题 横向课题（ ）应用研究（） 教师自拟课题（）应用设计（ ） 题目来源 学生自拟课题（ ） 题目类型 其 他（ ） 注：请直 接在所属 项目括号 内打“” 总体设计要求及技术要点： 对电子产品噪声的产生和传播途径进行了全面的分析，从而为设计、安装、调试和 使用电子产品提供了技术支持。 基本设计要求： 1电场影响分析； 2磁场影响分析； 3辐射影响分析。 较高设计要求： 分析典型案例，提出问题解决方案或方法。 工作环境及技术条件： 相关设备、计算机、相关仪器； 相关技术标准（如 GBT 4 3 6 519 9 5 等）。 工作内容及最终成果： 1

3、. 学习相关仪器使用； 2. 了解相关试验方法和标准； 3. 写论文。 时间进度安排： 1、第七学期第六周，根据学生选择情况，完成双向选择，下达毕业设计任务书； 2、第七学期六十五周，教师指导学生查阅文献，撰写开题报告，准备外文译文、 文献综述； 3、第七学期第十六周，论证学生的开题报告，确定能否开始毕业设计； 4、第八学期一十五周，学生进行毕业设计，完成毕业设计所有文档。答辩委员会 验收； 5、第八学期第十六周，毕业设计答辩，评定成绩，评选优秀毕业设计(论文)，汇总 上报； 6、第八学期第十七周，系、教研室进行毕业设计总结，汇总上报教务处； 7、第八学期第十八周，毕业设计资料整理归档。 指导

4、教师签字： 年 月 日 教研室主任意见： 教研室主任签字： 年 月 日 北华航天工业学院 本科生毕业设计（论文）原创性及知识产权声明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）微信号电路设计中电磁兼容影响分析 是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作取得的成果。除文中已经注明引用的内容 外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本设计 （论文）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。因本毕业设计 （论文）引起的法律结果完全由本人承担。 本毕业设计（论文）成果归北华航天工业学院所有。本人遵循北华航天工业学院有关 毕业设计（论文）的相关规定，提交毕业设

5、计（论文）的印刷本和电子版本。本人同意北华航 天工业学院有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；可 以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以营利为目的的前提下，可以公 布非涉密毕业设计（论文）的部分或全部内容。 特此声明 毕业设计（论文）作者： 指导教师： 年 月 日 年 月 日 北华航天工业学院毕业论文 I 摘 要 电磁兼容(EMC)是一个新概念，它是抗干扰概念的扩展和延伸。从最初的设法防止 射频频段内的电磁噪声、电磁干扰，发展到防止和对抗各种电磁干扰。进一步在认识上 产生了质的飞跃，把主动采取措施抑制电磁干扰贯穿于设备或系统的设计、生产和使用 的整

6、个过程中。这样才能保证电子、电气设备和系统实现电磁兼容性。本文从各种电磁 兼容产生的机理、危害和防护措施，系统地探究了工程中常遇到的接地、屏蔽以及滤波 器设计等技术，并结合 PCB 设计中遇到的各种问题，论述了电磁兼容理论与射频电路 PCB 设计。最后，本文对一些国际 EMC 标准的有关内容进行研究，找出它们的异同点， 有助于提高我国的电子产品和电气设备在国际上的竞争力，是产品能够顺利地通过 EMC 指标测试。 关键词 电磁干扰 接地技术 屏蔽技术 滤波技术 PCB 设计 电磁兼容标准 北华航天工业学院毕业论文 II Abstract Electromagnetic Compatibility

7、 is a new concept, which is an extension of the concept of interference. The first to try to prevent it from within the radio frequency electromagnetic noise, electromagnetic interference, developed to prevent and combat all kinds of electromagnetic interference. Further understanding produced a qua

8、litative leap, to take the initiative to take measures to suppress electromagnetic interference devices or systems throughout the design, production and use of the whole process. So as to ensure that the electronic, electrical equipment and systems to achieve EMC. In this paper, the mechanism produc

9、ing a variety of EMC, hazards and protective measures, and systematically explore the engineering frequently encountered grounding, shielding and filter design technology, combined with PCB problems encountered in the design, discusses the electromagnetic compatibility PCB design and RF circuit theo

10、ry. Finally, some of the relevant international EMC standards for the content of research to identify their similarities and differences, will help improve Chinas electronics and electrical equipment in the international competitiveness of the product can be successfully tested by EMC targets. Key w

11、ords Electromagnetic Interference Grounding Technology Shielding Technology Filter Technology PCB Design Electromagnetic compatibility standards 北华航天工业学院毕业论文 III 目 录 第 1 章 绪论 .1 第 2 章 电磁兼容技术概述 2 2 2.1 电磁干扰2 2.2 电磁兼容的含义3 2.3 电磁兼容技术术语3 2.4 电磁兼容性的实施与设计方法8 2.4.1 电磁兼容性的实施 8 2.4.2 电磁兼容性的设计方法 9 2.5 小结 9 第

12、3 章 屏蔽技术 10 3.1 屏蔽原理及分类 .10 3.2 电场屏蔽 .10 3.2.1 静电屏蔽 .10 3.2.2 交变电场的屏蔽 .11 3.3 磁场屏蔽 .11 3.3.1 低频磁场的屏蔽 .12 3.3.2 高频磁场的屏蔽 .13 3.4 电磁屏蔽 .15 3.5 小结 .16 第 4 章 接地技术 .17 4.1 接地的概念及要求.17 4.1.1 接地的概念 .17 4.1.2 接地的要求 .18 4.2 信号接地 .18 4.2.1 单点接地 .18 4.2.2 多点接地 .19 4.2.3 浮地 .20 4.2.4 混合接地 .20 北华航天工业学院毕业论文 IV 4.3

13、 小结.20 第 5 章 耦合技术 21 5.1 传导耦合.21 5.1.1 电容性耦合 .21 5.1.2 电感性耦合 .21 5.1.3 电容性耦合与电感性耦合的综合考虑 .22 5.2 辐射耦合.22 5.3 干扰耦合的抑制措施.22 5.3.1 电容性耦合干扰抑制措施 .22 5.3.2 电感性耦合干扰抑制措施 .22 5.4 小结.23 第 6 章 线路板设计 24 6.1 元器件的选择.24 6.2 线路板上的电磁骚扰辐射.27 6.2.1 差模辐射 .27 6.2.2 共模辐射 .27 6.3 印制电路板（PCB）的设计27 6.3.1 单面板 .28 6.3.2 双面板 .28

14、 6.3.3 单面板和双面板几种地线的分析 .28 6.4 PCB 中的元件布局及走线 .29 6.5 小结.30 第 7 章 结论 31 致 谢 32 参考文献 33 附 录 34 北华航天工业学院毕业论文 1 微信号电路设计中电磁兼容影响分析 第第 1 章章 绪论绪论 电磁兼容是一门新兴复杂的综合性强的交叉学科，它的内容较为广泛，应用于许多 领域。随着科学技术的发展，信息时代的到来以及电气化与自动化水平的不断提高，电 磁干扰及电磁防护问题日益突出，世界各发达国家均对此予与广泛的重视，积极开展电 磁兼容性的理论和应用研究，并已在军事装备，尖端技术产品和民用产品的研制和生产 中获得很大利益。为

15、了使民用和军用设备的性能达到可以接受的程度，必须严控技术， 我国的电磁兼容性研究起步较晚，与国外先进水平相比尚有差距，因而更应该加强电磁 兼容性技术的研究。 电磁环境的不断恶化，引起了世界各工业发达国家的重视，特别是 20 世纪 70 年代 以来，进行了大量的理论研究及实验工作。进而提出了如何使电子设备或系统在其所处 的电磁环境中，能够正常的运行，而对在该环境中工作的其他设备或系统也引入能承受 的电磁干扰的新课题，这就是所谓的电磁兼容。 随着现代科学技术的发展和人民生活水平的提高，电气及电子设备的数量及种类不 断增加，从而导致空间电磁环境日益复杂。在这种复杂的电磁环境下，怎样减少设备间 的电磁

16、干扰，使每个系统能正常运转，是一个迫切需要解决的问题。这正是研究电磁兼 容技术的宗旨。目前，电磁兼容已成为电子系统或设备的技术关键，为了保证电子系统 的正常工作，必须进行严格的电磁兼容性设计，在系统研制、设计、工艺、生产、试验、 使用等各阶段均要采用电磁兼容技术，电磁兼容设计和管理应贯穿于从产品的研制到使 用的过程。 电磁干扰的传输有传导和辐射两种形式，归纳起来，任何电磁干扰都是由三个基本 要素组合而产生的，如图 1-1 所示，它们是电磁干扰源(或发射机)、干扰体(或接受机)、 传输通道(耦合机制)。相应地对抑制所有电磁干扰的方法也应由选三要素着手解决。 耦合机制 （路径） 图 1-1 电磁干

17、扰模型图 由于电子设备所处的电磁环境的特殊性，使这些设备在获取信息和传送信息的同时， 不可避免地要感受到来自不同渠道的电磁干扰的影响。为了保证电子设备安全可靠地运 行，在开发研制电子设备的同时，就要分析其抗电磁干扰的可行性，并通过完善的试验、 测试和分析研究来确立相关设备的电磁兼容技术。 干扰源 （发射机） 敏感设备 （接收机） 北华航天工业学院毕业论文 2 第 2 章 电磁兼容技术概述 2.1 电磁干扰 1. 电磁干扰的定义 （1）电磁骚扰（EMD，Electromagnetic Disturbance） 电磁骚扰是指任何可能引起装置、设备或系统性能降低或者对有生命或无生命物质 产生损害作用

18、的电磁现象。它可能是电磁噪声、无用信号或传播媒介自身的变化，它可 能引起设备或系统降级或损害，但不一定会形成后果。 （2）电磁干扰（EMI，Electromagnetic Interference） 电磁干扰是指电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。它是由电磁骚扰 引起的后果。 2. 电磁干扰源的分类 电磁干扰的分类可以有很多种分法，例如，按传播途径分，有传导干扰和辐射干扰， 其中传导干扰的传输性质有电耦合、磁耦合及电磁耦合；按辐射干扰的传输性质分，有 近区场感应耦合和远区场辐射耦合；按频带分，有窄带干扰和宽带干扰；按实施干扰者 的主观意向分，可分为有意干扰源和无意干扰源；按干扰源性质

19、分，有自然干扰和人为 干扰等等。如图 2-1 所示： 核爆炸引起的噪声 静电放电噪声 外部无用信号引起的噪声 各种放电现象引起的噪声 太阳辐射引起的噪声 来自大气的噪声（空间电） 自然噪声 人为噪声 由感应产生的噪声 系统固有的噪声 系统内 部噪声 系统外 部噪声 噪声 图2-1 噪声源的分类 北华航天工业学院毕业论文 3 2.2 电磁兼容的含义 电磁兼容（EMC, Electromagnetic Compatibility）一般指电气及电子设备在共同的电 磁环境中能执行各自功能的共存状态，即要求在同一电磁环境中的上述各种设备都能正 常工作又互不干扰，达到“兼容”状态。换句话说，电磁兼容是指电

20、子线路、设备、系 统相互不影响，从电磁角度具有相容性的状态。相容性包括设备内电路模块之间的相容 性、设备之间的相容性和系统之间的相容性。 电磁兼容是研究在有限的空间，时间和频谱资源等条件下，各种用电设备（广义的 还包括生物体）可以共存，并不致引起降级的一门学科。所谓电子设备的电磁兼容性， 是指电子设备在预定的电磁环境中，能按一定设计要求正常工作的性能或能力。其能力 包括以下三点：1)在给定电磁环境中，电子设备具有抵御预定电磁干扰的能力，并能留 有一定安全余量；2)电子设备不能产生超过规定限度的电磁干扰；3)电子设备可按设计 的技术要求完成其预定功能使命。 电磁兼容性设计要求可用下列不等式来说明

21、： 干扰源强度传播衰减因子Rs，此时 Rs 可忽略不计，则式（ 3 ）可简化为 （ 4 ） SS MI IL 当频率低时，Ls 30MHz)的采用多点接 地式。因为接地引线的感抗与频率和长度成正比, 工作频率高时将增加共地阻抗, 从而将 增大共地阻抗产生的电磁干扰,所以要求地线的长度尽量短。采用多点接地时, 尽量找最 接近的低阻值接地面接地，如图 4-3 所示。 图 4-3 设备多点接地 北华航天工业学院毕业论文 20 4.2.3 浮地 浮地的目的是将电路或设备与公共地或可能引起环流的公共导线隔离开来。浮地的 效果取决于是否能做到完全的浮地隔离。实际上，要做到完全的隔离，在许多情况下是 很困难

22、的。这种接地方式的缺点是设备不与大地直接相连，容易产生静电积累现象，这 样积累起来的电荷达到一定程度后，在设备和大地之间会产生具有强大放电电流的放电 击穿现象。这种放电现象是一种破坏性很大的强干扰源。为了解决这个问题，在设备与 大地之间接进一个阻值很大的泄放电阻，以消除静电积累的影响。 浮地技术主要解决地线环路问题，因为对一些敏感电路，地线环路电流引起的干扰 往往会对它的正常工作造成致命的影响。在某些应用场合，单纯的浮地措施并不能达到 预期的效果，只有采取适当的浮地隔离措施才能真正切断不同电路的相互干扰。常见的 浮地隔离措施有：隔离变压器隔离、光电藕合器隔离和光纤隔离等。 4.2.4 混合接地

23、 如果电路的工作频带很宽，在低频情况需要采用单点接地，而在高频情况又需要采 用多点接地，在这种情况下可以采用混合接地方式。理论和实践都表明，对于工作频 4 率低于 1MHz 和公共接地面尺寸小于工作信号波长 1/20 的电路系统，宜采用单点接地方 式；对于工作频率高于 10MHz 和公共接地面尺寸大于工作信号波长 1/20 的电路系统， 宜采用多点接地方式；而对于频率为 1MHz10MHz 和公共接地面尺寸为工作信号波长 1/20 左右的电路系统，一般采用混合接地系统，如图 4-4 所示。 图 4-4 混合接地系统 4.3 小结 本章主要描述接地的概念、要求及分类。接地的过程实际上也是降低电磁

24、干扰的过 程，本课题是电磁兼容的影响分析，任何设备在工作的过程中，各元器件之间存在必然 存在干扰，接地就是一种抑制电磁干扰、保障设备或系统电磁兼容性、提高设备或系统 可靠性的重要技术措施。 北华航天工业学院毕业论文 21 第 5 章 耦合技术 5.1 传导耦合 传导耦合包括通过导体间的电容及互感而形成的干扰耦合。 5.1.1 电容性耦合 由于电容实际是由两个导体构成的，因此两根导线就构成了一个电容，我们称这个 电容是导线之间的寄生电容。由于这个电容的存在，一根导线中的能量能够耦合到另一 根导线上。这种耦合称为电容性耦合或电场耦合。 电容耦合方式是指电位变化在干扰源与干扰对象之间引起的静电感应，

25、又称静电耦 合或电场耦合。电路的元件之间、导线之间、导线与元件之间都存在着分布电容。如果 某一个导体上的信号电压（或噪声电压）通过分布电容使其他导体上的电位受到影响， 那么这就是电容性耦合。 电容性耦合主要在射频频率形成骚扰，频率越高，电容性耦合越明显。一般情况下， 骚扰源的工作频率、敏感电路对地的电阻、骚扰电压都是预先给定的，因此，抑制电容 性耦合的有效方法是减小耦合电容。 5.1.2 电感性耦合 电感性耦合又称磁耦合，磁场耦合又称电磁感应耦合，示意图如图 5-1 所示。在任 何载流导体周围空间中都会产生磁场，若磁场是交变的，则对其周围闭合电路产生感应 电势。在设备内部，线圈或变压器的漏磁是

26、一个很大的干扰；在设备外部，当两根导线 在很长的区间架设时，也会产生干扰。 图 5-1 磁场耦合示意图 北华航天工业学院毕业论文 22 5.1.3 电容性耦合与电感性耦合的综合考虑 磁场与电场间的干扰有区别。第一，减小受干扰电路的负载阻抗未必能使磁场干扰 的情况有所改善；而对于电场干扰的情况，减小受干扰电路的负载阻抗可以改善干扰的 情况。第二，磁场干扰中，电感耦合电压串联在被干扰导体中，而电场干扰中，电容耦 合电流并联在导体与地之间。利用这一特点，可以分辨干扰是电感耦合还是电容耦合。 5.2 辐射耦合 电磁场辐射也会造成干扰耦合。当高频电流流过导体时，在该导体周围便产生电力 线和磁力线，并发生

27、高频变化，从而形成一种在空间传播的电磁波。处于电磁波中的导 体便会感应出相应频率的电动势。 电磁场辐射干扰是一种无规则的干扰，这种干扰很容易通过电源线传到系统中去。 处于空间中的传输线（输入线、输出线、和控制线） ，既能辐射干扰波又能接收干扰波， 这种现象称为天线效应。当传输线的长度大于或等于空间中信号频率的四分之一波长时， 天线效应尤其明显。 电磁兼容的理论和技术就是围绕干扰源、干扰传播途径（或传输通道）和敏感设备， 研究电磁干扰源产生的机理及抑制干扰源的措施，寻找削弱传播干扰能量的方法和提高 敏感设备抵抗能力的技术，从而达到控制干扰发生的目的。 5.3 干扰耦合的抑制措施 5.3.1 电容

28、性耦合干扰的抑制措施 1. 两系统的耦合部分的布置应使耦合电容尽量小，使导线尽量短，线间距离尽量大， 并尽量避免平行走线； 2. 对干扰源和被干扰者进行电屏蔽； 3. 如果干扰源和干扰对象的基准点电路上是相互独立的，则可采用平衡措施来消除 电容性干扰。 5.3.2 电感性耦合干扰的抑制措施 1. 两个系统的电感耦合，主要是导线和电缆间磁耦合。使线间距离尽量大，导线尽 量短，避免平行走线并设法缩小电流回路所为成的面积使互感尽量的小； 2. 被干扰的导线环在干扰场中的放置方位应使它对干扰磁场切割的磁力线最小，因 而所耦合的干扰信号也最小； 3. 将一个电流的回路线间绕成极性交错的若干局部耦合环，使

29、之沿导线长度方向的 符号交变的局部耦合信号彼此相抵消； 北华航天工业学院毕业论文 23 4. 对干扰对象或干扰源进行磁屏蔽。 5.3.2 辐射干扰耦合的抑制措施 1. 对辐射干扰最有效的抑制方法是电磁屏蔽； 2. 为了降低平衡双导线上的辐射性异模干扰，可采取如下措施：减小两传输导线之 间的距离，以绞线代替平行双导线，在导线上加上单层、双层甚至三层网状屏蔽 层； 3. 为了降低辐射性共模干扰，应使传输线尽量靠近地面配置，减少回路面积。 5.4 小结小结 本章主要介绍了耦合技术的耦合类型，并根据各种耦合的技术特点，提出了一系列 的耦合干扰抑制措施。 北华航天工业学院毕业论文 24 第 6 章 线路

30、板的设计 6.1 元器件的选择元器件的选择 元件的选择和电路设计是影响板级电磁兼容性性能的主要因素。每一种电子元件都 有它各自的特性，因此，要求在设计时仔细考虑。下面将讨论一些常见的用来减少或抑 制电磁兼容性的电子元件和电路设计技术。 元件组元件组 有两种基本的电子元件组：有引脚的和无引脚的元件。有引脚线元件有寄生效果， 尤其在高频时。该引脚形成了一个小电感，大约是 1nH/mm/引脚。引脚的末端也能产生 一个小电容性的效应，大约有 4pF。因此，引脚的长度 应尽可能的短。与有引脚的元件相比，无引脚且表面贴装的元件的寄生效果要小一 些。其典型值为：0.5nH 的寄生电感和约 0.3pF 的终端

31、电容。从电磁兼容性的观点看， 表面贴装元件效果最好，其次是放射状引脚元件，最后是轴向平行引脚的元件。 （1）电阻电阻 由于表面贴装元件具有低寄生参数的特点，因此，表面贴装电阻总是优于有引脚电 阻。对于有引脚的电阻，应首选碳膜电阻，其次是金属膜电阻，最后是线绕电阻。 由于在相对低的工作频率下（约 MHz 数量级） ，金属膜电阻是主要的寄生元件，因 此其适合用于高功率密度或和高准确度的电路中。线绕电阻有很强的电感特性，因此在 对频率敏感的应用中不能用它。它最适合用在大功率处理的电路中。 在放大器的设计中，电阻的选择非常重要。在高频环境下，电阻的阻抗会因为电阻 的电感效应而增加。因此，增益控制电阻的

32、位置应该尽可能的靠近放大器电路以减少电 路板的电感。 在上拉/下拉电阻的电路中，晶体管或集成电路的快速切换会增加上升时间。为了减 小这个影响，所有的偏置电阻必须尽可能靠近有源器件及他的电源和地，从而减少 PCB 连线的电感。在稳压（整流）或参考电路中，直流偏置电阻应尽可能地靠近有源器件以 减轻去耦效应（即改善瞬态响应时间） 。 在 RC 滤波网络中，线绕电阻的寄生电感很容易引起本机振荡，所以必须考虑由电 阻引起的电感效应。 （2）电容电容 由于电容种类繁多，性能各异，选择合适的电容并不容易。但是电容的使用可以解 决许多 EMC 问题。接下来的几小节将描述几种最常见的电容类型、性能及使用方法。

33、铝质电解电容通常是在绝缘薄层之间以螺旋状缠绕金属箔而制成，这样可在单位体积内 得到较大的电容值，但也使得该部分的内部感抗增加。钽电容由一块带直板和引脚连接 点的绝缘体制成，其内部感抗低于铝电解电容。陶质电容的结构是在陶瓷绝缘体中包含 多个平行的金属片。其主要寄生为片结构的感抗，并且通常这将在低于 MHz 的区域造 成阻抗。绝缘材料的不同频响特性意味着一种类型的电容会比另一种更适合于某种应用 北华航天工业学院毕业论文 25 场合。铝电解电容和钽电解电容适用于低频终端，主要是存储器和低频滤波器领域。在 中频范围内（从 KHz 到 MHz） ，陶质电容比较适合，常用于去耦电路和高频滤波。特殊 的低损

34、耗（通常价格比较昂贵）陶质电容和云母电容适合于甚高频应用和微波电路。为 得到最好的 EMC 特性，电容具有低的 ESR（Equivalent Series Resistance，等效串联电 阻） 值是很重要的，因为它会对信号造成大的衰减，特别是在应用频率接近电容谐振频 率的场合。 a. 旁路电容旁路电容 旁路电容的主要功能是产生一个交流分路，从而消去进入易感区的那些不需要的能 量。旁路电容一般作为高频旁路器件来减小对电源模块的瞬态电流需求。通常铝电解电 容和钽电容比较适合作旁路电容，其电容值取决于 PCB 板上的瞬态电流需求，一般在 10 至 470F 范围内。若 PCB 板上有许多集成电路、

35、高速开关电路和具有长引线的电源， 则应选择大容量的电容。 b. 去耦电容去耦电容 有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就 是提供一个局部的直流电源给有源器件，以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到 地。实际上，旁路电容和去耦电容都应该尽可能放在靠近电源输入处以帮助滤除高频噪 声。去耦电容的取值大约是旁路电容的 1/100 到 1/1000。为了得到更好的 EMC 特性，去 耦电容还应尽可能地靠近每个集成块（IC） ，因为布线阻抗将减小去耦电容的效力。陶瓷 电容常被用来去耦，其值决定于最快信号的上升时间和下降时间。例如，对一个 33MHz 的时钟信号，可使用

36、4.7nF 到 100nF 的电容；对一个 100MHz 时钟信号，可使用 10nF 的 电容。选择去耦电容时，除了考虑电容值外，ESR 值也会影响去耦能力。为了去耦，应 该选择 ESR 值低于 1 欧姆的电容。 （3）电感电感 电感是一种可以将磁场和电场联系起来的元件，其固有的、可以与磁场互相作用的 能力使其潜在地比其他元件更为敏感。和电容类似，聪明地使用电感也能解决许多 EMC 问题。下面是两种基本类型的电感：开环和闭环。它们的不同在于内部的磁场环。在开 环设计中，磁场通过空气闭合；而闭环设计中，磁场通过磁芯完成磁路。如图 6-1 所示： 图 6-1 电感中的磁场 北华航天工业学院毕业论文

37、 26 电感比起电容和电阻而言的一个优点是它没有寄生感抗，因此其表面贴装类型和引 线类型没有什么差别。开环电感的磁场穿过空气，这将引起辐射并带来电磁干扰 （EMI）问题。在选择开环电感时，绕轴式比棒式或螺线管式更好，因为这样磁场将被 控制在磁芯（即磁体内的局部磁场） 。 对闭环电感来说，磁场被完全控制在磁心，因此在电路设计中这种类型的电感更理 想，当然它们也比较昂贵。螺旋环状的闭环电感的一个优点是：它不仅将磁环控制在磁 心，还可以自行消除所有外来的附带场辐射。电感的磁芯材料主要有两种类型：铁和铁 氧体。铁磁芯电感用于低频场合（几十 KHz） ，而铁氧体磁芯电感用于高频场合（到 MHz） 。因此

38、铁氧体磁芯电感更适合于 EMC 应用。 在 EMC 应用中特别使用了两种特殊的电感类型：铁氧体磁珠和铁氧体磁夹。 铁和铁氧体可作电感磁芯骨架。铁芯电感常应用于低频场合（几十 KHz） ，而铁氧 体芯电感常应用于高频场合（MHz） 。所以铁氧芯感应体更适合于 EMC 应用。在 EMC 的特殊应用中，有两类特殊的电感：铁氧体磁珠和铁氧体夹。铁氧体磁珠是单环电感， 通常单股导线穿过铁氧体型材而形成单环。这种器件在高频范围的衰减为 10dB，而直流 的衰减量很小。类似铁氧体磁珠，铁氧体夹在高达 MHz 的频率范围内的共模（CM）和 差模（DM）的衰减均可达到 10dB 至 20dB。 在 DC/DC

39、变换中，电感必须能够承受高饱和电流，并且辐射小。线轴式电感具有 满足该应用要求的特性。在低阻抗的电源和高阻抗的数字电路之间，需要 LC 滤波器， 以保证电源电路的阻抗匹配。如图 6-2 所示： 图 6-2 LC 滤波器 （4）二极管二极管 二极管是最简单的半导体器件。由于其独特的特性，某些二极管有助于解决并防止 与 EMC 相关的一些问题。 许多电路为感性负载，在高速开关电流的作用下，系统中产生瞬态尖峰电流。二极 管是抑制尖峰电压噪声源的最有效的器件之一。下面举例说明用二极管实现尖峰抑制。 图 6-3 继电器瞬时尖峰抑制 北华航天工业学院毕业论文 27 如图 6-3 所示，控制终端开/关线圈，

40、线圈中的开关尖峰脉冲将耦合并辐射到电路的 其它部分。二极管 D1 能嵌位电压的波动。 6.2 线路板上的电磁骚扰辐射线路板上的电磁骚扰辐射 线路板的辐射主要产生于两个源：一个是 PCB 走线，另一个是 I/O 电缆。电缆辐射 往往是更主要的辐射源。因为电缆是效率很高的辐射天线。有些电缆尽管传输的信号频 率很低，但由于 PCB 上的高频信号会耦合到电缆上，也会产生较强的高频辐射。 线路板上的辐射以共模和差模的方式辐射。 6.2.1 差模辐射 1. 差模辐射场 差模电流流过电路中的导线环路时，将引起差模辐射，这种环路相当于小环天线， 能向空间辐射电、磁场，或接受电、磁场。 2. 脉冲信号差模辐射的

41、频谱 脉冲信号差模辐射的频谱是脉冲信号的频谱与差模信号的频谱的乘积。 有的时候尽管电路的时钟信号不高，但却能产生频率很高的电磁辐射，就是因为差 模辐射的频谱一直延伸到脉冲信号的全频段。 3. 减小差模辐射额方法 （1）降低电路的工作频率； （2）减小信号环路的面积； （3）减小信号电流的强度。 6.2.2 共模辐射 1. 共模辐射场 共模辐射主要是由于接地电路中存在电压降，某些部位具有高电位的共模电压，当 外接电缆与这些部位连接时，就会在共模电压激励下产生共模电流，成为辐射电场的天 线。 2. 脉冲信号共模辐射的频谱 与差模辐射的不同点在于，共模辐射的幅度超过一定值后开始下降，而不是保持不 变

42、。 3. 减小共模辐射额方法 （1）尽量减小激励此天线的源电压，即地电位； （2）提供与电缆串联的高共模阻抗，即加共模扼流圈； （3）将共模电流旁路到地； （4）电缆屏蔽层与屏蔽壳体作 360端接。 北华航天工业学院毕业论文 28 6.3 印制电路板（印制电路板（PCB）的设计）的设计 由于 PCB 上的电子器件和线路的密集度不断增加，而信号的频率也不断提高，不可 避免地会引入电磁兼容问题。PCB 电磁兼容设计不仅是使电路板上各部分单元电路之间、 同一系统的不同 PCB 之间没有相互干扰，而且要求 PCB 尽量减小对外界的电磁发射， 从而使整机达到有关标准的要求。 在设计印制电路板时，首先要根

43、据实际需要，选择合适的印制板类型（板材和板层） ，然后是确定元器件在板上的位置，再依次布局地线、电源线、高速信号线和低速信号 线。 印制电路板有单面、双面和多层板之分。单面和双面板一般用于低、中密度布线的 电路和集成度较低的电路。多层板适用于高密度布线、高集成度芯片的高速数字电路。 从电磁兼容的角度来说，多层板可以减小线路板的电磁辐射并提高线路板的抗干扰 能力。因为在多层板中，可以设置专门的电源层和地层，使信号线与地线之间的距离仅 为印制线路板的层间距离。这样，板上所有信号的回路面积就可以降至最，从而有效减 小差模辐射。 6.3.1 单面板 单面板制造简单，装配方便，适用于一般电路要求，不适用

44、于要求高的组装密度或 复杂的电路场合。如果 PCB 的布局设计合理，可以实现电磁兼容性。 当进行单面或双面板的布线时，最快的方法是先人工布好地线，然后将关键信号， 如高速时钟信号或敏感电路，靠近它们的地回路布置，最后对其他电路进行布线。为了 使布线从一开始就有一个明确的目标，在电路图上应给出尽量多的信息，包括： 不同功能模块在线路板上的位置要求； 敏感器件和 I/O 接口的位置要求； 线路图上应标明不同的地线，以及对关键连线的要求； 标明在哪些地方不同的地线可以连接起来，哪些地方不允许； 哪些信号线必须靠近地线。 6.3.2 双面板 双面板适用于只要求中等组装密度的场合，安装在这类板上的元器件

45、易于维修或更 换。在高速数字电路中，应该把印制迹线作为传输线处理。常用的 PCB 传输线是微带线 和带状线。微带线是一种用电介质将导线与接地面隔开的传输线，印制迹线的厚度、宽 度和迹线与接地面间介质的厚度，以及电介质的介电常数，决定微带线特性阻抗的大小。 因此，使用双面板将有利于实现电磁兼容性设计。 北华航天工业学院毕业论文 29 6.3.3 单面板和双面板几种地线的分析 1. 地线网络 平行地线概念的延伸是地线网络，这使信号可以回流的平行地线数目大幅度地增加， 从而使地线电感对任何信号而言都保持最小。这种地线结构特别适用于数字电路。 在进行线路板布线时，应首先将地线网格布好，然后再进行信号线

46、和电源线的布线。 当进行双面板布线时，如果过孔的阻抗可以忽略，可以在线路板的一面走横线，另一面 走竖线。地线网格的间距也不能太大，因为地线的一个主要作用是提供信号回流路径， 若地线网格的间距过大，会形成较大的信号环路面积，大环路面积会引起辐射和敏感度 问题。 2. 地线面 地线网格的极端形式是平行的导线无限多，构成了一个连续的导体平面，这个平面 称为地线面。这在多层板中很容易实现，它能提供最小的电感，还能有效地控制串扰。 它能使辐射的环路最小，这保证了 PCB 的最小差模辐射和对外界骚扰的敏感度。 3. 地线布线规则 由于对所有的信号线都实现最佳地线分布是不可能的，在设计时应重点考虑最重要 的

47、部分。从 EMI 的角度考虑，最重要的信号是高电流变化率信号，如时钟线、数据线、 大功率方波震荡器等。从敏感度的角度考虑，最重要的信号是前后沿触发输入电路、时 钟系统、小信号模拟放大器等。 6.4 PCB 中的元件布局及走线 在 PCB 上有许多情况可以引起 EMI，这是因为元件在特定情况下都有各自的特性。 比如在高频段里，一个电阻器相当于一个电感串联上一个电阻与电结构；一个电容相当 于一个电感，电阻和电容器的串联；一个电感相当阻串上一个电感与电容的并联结构。 认识到元件的高频寄生特 PCB 设计阶段采取措施解决此类电磁兼容问题非常重要。 当 PCB 上的走线很长，并且频率很高，这时走线可能具

48、有天线效应的引线和 PCB 上走线一样都有寄生电容和电感，这些寄生电容和电感影的阻抗并且对频率敏感。根据 其寄生电感电容值和走线长度，可能会产生发射天线。一般设备的天线都设计成工作在 固定频率，对应于波长的 1/4 或 1/2，以成为有效的发射器，对走线来说要特别避免这种 情况的发生。实际应要求小于特定频率波长的 1/20，避免形成无意的发射源。 在纯数字电路中，电阻主要是限流作用和确定电平。寄生电容存在两端，它对极高 频设计有很大的破坏，尤其在 GHz 的范围。 电容器通常用于电源总线去耦，旁路和储能作用。当电路上频率自谐振频率时，会 出现电感特性。电容器引脚上的寄生电感将使电容器谐振频率以

49、上时表现为电感特性而 失去原有的功能。 在 PCB 中，电感用于对电磁干扰的控制。电感阻抗随着频率的增加加，当频率很高 北华航天工业学院毕业论文 30 时，高频信号的传递就会受到影响。在解决高频时的电题时常使用铁氧体，铁氧体在抑 制高频干扰时等效于一个纯电感和一个联，除了具有电感的作用外，还可以吸收消耗掉 一部分高频能量，所以电感更好的抑制效果。 6.5 小结小结 本章主要分析了在设计线路板时的电磁兼容问题，因为元器件在工作时会产生一定 的干扰，所以我们对各个元器件的选择也是有一定要求的。我们要做的就是尽量把线路 板上的骚扰辐射降到最低。 PCB 是所有精密电路设计中往往容易被忽略的一种部件。由于很少把 PCB 的电特 性设计到电路中去，所以整个效应对电路功能可能是有害的。如果印刷电路板设计得当， 它将具有减少骚扰和提高抗扰度的优点。反之，将使印刷电路板发生电磁兼容性问题。 在设计印刷电路板时，设计的目的是控制下述指标： 来自 PCB 电路的辐射； PCB 电路与设备中的其他电路间的