电子设备的电磁兼容性设计

电子设备的电磁兼容性设计

覃龙

深圳古瑞瓦特新能源有限公司  广东省深圳市518100

【摘要】电子兼容性对于电子设备而言，具有十分关键的作用，可以提高电子设备运行的稳定性，降低电磁干扰对于设备的影响。本文对电磁兼容性的概念进行了详细介绍，同时还阐明了电磁兼容性设计的技术要点，从结构和电路两方面分析了电磁兼容性设计及具体措施。

【关键词】电子设备；电磁兼容性；设计

随着科技的不断进步，电子设备的应用越来越广泛，但是在实际的运行过程中，电子设备的周边会产生电磁场，并且在这种情况下，还将会产生相互干扰的电磁波，进而直接导致难以顺利运行电子设备。所以，为了能够有效地增强电子设备对电磁环境的适应性，必须要达成对电磁干扰的控制和消除，努力做好电磁兼容性设计，从而使得电子设备与其他设备共同运行过程中，可以尽可能地避免出现系统性能降低的问题[1]。

一、概念

电磁兼容性是指在所处电磁环境中，设备或系统正常运行，而且不会产生难以承受的电磁骚扰的能力。电磁兼容性主要包含两部分内容。一是指正常运行时，设备产生的电磁骚扰不能高于限值，二是指对环境中存在的电磁骚扰，设备具备一定的抗扰度，也就是电磁敏感性[2]。所以不仅应该提高受骚扰对象的抗扰度，还应该控制骚扰源的电磁发射，只有这样才能使得设备互不干扰、兼容运行。

二、电磁兼容性设计的技术要点

（一）优化信号设计

为了尽可能地降低干扰，要对有用信号规定必要的最小带宽，从而优化信号波形，这是由于电信号会占用一定的频谱。

（二）完善线路设计

对于电子设备的单元电路，必须要使用发射小、抗干扰的电子线路。

（三）屏蔽

为了避免干扰电磁场向外传播，可以利用屏蔽体包封干扰源，相反地，为了不受外界空间电磁场的影响，可以使用屏蔽体包封感受器。屏蔽技术的应用，可以在一定程度上降低电磁干扰的传播范围，然而应用这种技术不仅会导致设备维修不便，而且在运行过程中，很容易导致通风散热困难，并且还会增加成本、重量和体积。所以在设计过程中必须要考虑全面，要尽可能达到电磁兼容性要求。

（四）接地与搭接

能为电源和信号电流提供回路和基准电位，不管是否与大地有实际连接，都可以称作是接地。在实际生活中，为了能够达到隔绝噪音、避免干扰的效果，往往会采用电子设备接地的方式，在设计过程中，如果可以采取接地、滤波和屏蔽等措施，并且能够周密设计地线系统，就能让设备的电磁兼容性得到有效提升。

（五）滤波

为了能够抑制和防止干扰，可以把信号中特定波段频率滤除。通常而言，直接采取抑制元件和滤波电路等办法就能够实现，这种情况下，可以有效地抑制不希望通过的能量。

三、电磁兼容性结构设计及具体措施

（一）电磁兼容性结构设计

结构可以处理电磁兼容性问题，作为产品的重要组成部分，结构并不存在电磁兼容问题，然而切断电磁波在空间传播通道便是结构屏蔽的功能，能够有效地减小系统对外的辐射，除此之外，还能够提高系统的电磁兼容性，避免外部电磁场对设备内部的干扰[3]。电子设备的结构电磁兼容性设计主要有以下几个方面：

1.规划输入输出的接插件位置，以及电路板的安装位置，对各模块与模块内器件进行精心布局，从而达到所规定的散热要求，并且在此基础上，要尽可能地缩短高速信号线的长度，除此之外，为了消除振铃影响，还需要从中选出并在长度较长的高速信号连线上串接消振电阻。

2.采取必要的滤波措施在外部数据和电源接口引线处，从而起到降低电磁干扰的效果，同时还能够有效地降低用户终端对其它设备的影响。

3.用同轴电缆连接射频天线和射频模块，对模块间接的关系及连接电缆进行合理的设计，从而达到屏蔽外界干扰的目的。为防止连接电缆形成的相互干扰，需要密切关注电线、电缆的走向与布局。

4.接口连接器要有屏蔽外壳，要在连接器与机壳间加导电橡胶，从而让外壳与机壳保持良好的电连接性。

（二）电磁兼容性结构设计的具体措施

1.紧固点连接缝隙

导电率縫隙的最大尺寸、缝隙的深度、电磁波的特性、材料的导磁率等因素，能够对缝隙的屏蔽效能产生不同程度的影响，而影响最大的是缝隙的深度和最大尺寸。为了提高缝隙的屏蔽效能，需要减小缝隙的最大尺寸、增加缝隙的深度。

2.缝隙屏蔽设计

在缝隙中安装和紧固点连接屏蔽材料，是缝隙屏蔽的两种方式。普遍采取的是紧固点连接的方式，这种方式不需要花费较高的费用，而且工艺简单。如果有规定要求，无法采取太多紧固点的屏蔽体时，可以在缝隙中安装屏蔽材料。

3.安装屏蔽材料

当无法使用太多的紧固点时，可以在缝隙中安装屏蔽材料，而对其屏蔽效能产生影响的因素主要是屏蔽材料本身的电导率、零件与屏蔽材料之间的接触阻抗以及电磁波的特性。为了能够提高屏蔽效能，需要尽可能地减小零件与屏蔽材料的接触阻抗，而这就取决于屏蔽材料的安装形式、本身的阻抗以及压缩量。在设计缝隙屏蔽的过程中，必须要考虑屏蔽材料的导电性是否良好。

为了能够降低屏蔽材料与零件的接触阻抗，需要对屏蔽材料施加足够的压缩量。在选择屏蔽材料的过程只能够，为了避免产生电化学腐蚀的问题，必须要密切地关注零件和屏蔽材料的相容性。

电磁兼容性电路设计及具体措施

（一）电路电磁兼容性设计

1.分层

针对多种电源相互交错的单板，以及信标控制和北斗数据处理模块，可以使用电源层分割，以及覆铜面化金，过孔金属化，采用四层板设计印制板。

2.电源系统干扰的抑制

将电源层供电的方法用于PCB总体设计，供电平稳，分布电阻低，还能够作为噪声回路，降低干扰。除此之外，为了能够达到消除公共阻抗耦合干扰的目的，可以借助电源层为系统信号提供回路。

（1）元器件布局和布线

将模拟与数字电源的电源分开。为了减小环路面积，可以直接在信号跨越处，放一条回路。为了尽可能地减少环路电阻，可以按照印制电路板电流的大小，加粗电源线宽度。除此之外，还应该控制数据传输的方向，从而使其能够与电源线、地线的走向一致，而且要使电源线尽可能与地线平行。为了能够克服电源线的电压波动，最大程度地降低电源线的负载，可以直接将去耦电容安装在集成芯片周围。

（2）地线噪声干扰的抑制

通过使用平衡电路，将地环路切断，以及适当地增加地环路的阻抗等方法，能够有效解决地环路干扰的问题。而通过并联单点接地消除公共阻抗，或者采取减小公共地线部分的阻抗的方式，能够有效解决公共阻抗耦合的问题。

（3）信号传输线间串扰的抑制

在设计布线过程中，应该增大信号线间的距离，并且还应该避免长距离的平行走线，信号线与地线及电源线不交叉，通过采取以上这些措施，能够最大程度地减少容性串扰。除此之外，走线应选择大弯角、45°角、弧线，避免传输线的阻抗不连续性。

（二）电路电磁兼容性设计的具体措施

1.元器件的选型

（1）为了能够有效地减小寄生参数效应，在电路板上的滤波及去耦元件采用表面封装器件。

（2）在选择晶体振荡器的过程中，必须要根据现实需要，挑选有金属屏蔽壳体的器件。

（3）使用功率消耗小、抗干扰的器件。

2.布局规划

（1）在PCB布局单独规划接口电路；

（2）电源VCC层和接地层是核心部分内的电层，而剩余的两层内电层都为信号层；电路采用四层板；避免核心部分对外的电磁干扰，提高核心部分的布线冗裕度，避免外界干扰信号对本主板核心部分的侵袭。

四、结束语

综上所述，在设计电子设备电磁兼容性时，必须要综合不同方面的影响因素，并根据实际的情况，制定出有效的电磁兼容控制策略。除此之外，由于电磁干扰会随机出现在电子设备运行的任何环节，应该在设计前做好预评估，采取能够产生一定效果的方法，比如屏蔽、滤波、接地等技术的应用，从而确保设备的稳定可靠运行，有效地提升电子设备的电磁兼容性。

作者简介：覃龙，1983.10.16，男， 汉，广西容县， 本科 助理工程师， EMC（电磁兼容）。

【参考文献】

[1]李亚凤.某型机载设备电磁兼容性设计及后续思考[J].产业创新研究,2021(20):127-129.

[2]陈炳榛.电子设备结构设计中的电磁兼容设计方法研究[J].电子测试,2021(19):116-118.

[3]陈雷.刍议电子设备结构设计中的电磁兼容设计[J].科技创新导报,2019,16(04):66+68.