产品的电磁兼容性设计（连载）前两讲分别介绍了在电磁兼容测试中遇到的两大问题：抑制产品本身的骚扰发射和提高产品自身的抗干扰能力。它多少给人以应付测试的味道。本讲介绍产品内部的电磁兼容性设计，属主动设计。文中就常见的共性问题提出一些原则措施，涉及内容有印制电路板设计，直流开关稳压电源设计，设备内部的布线，屏蔽电缆的使用，静电防护和开关接点处理等。1 印制电路板设计中的注意点（1）当高速、中速和低速逻辑电路混用时，要在印制电路板上分配不同的布局区域。例如将高速电路布在靠近电路板的入口处，它可使高频电流的走线为最短，有助于降低电路板内部的串扰、公共阻抗耦合和辐射发射。（2）对低电平模拟电路和数字逻辑电路要尽可能分离。（3）电源线和地线要尽可能地宽，而且电源线和地线要尽可能地靠近，最好的办法是电源线布在印制电路板的一面，而地线布在另一面，上下重合，这会使电源的阻抗为最小。另外，整块印制板上的电源线和地线要呈“井”字形分布，以达到电路板中电流均衡的目的。（4）要为模拟电路敷设专门的地线。（5）为了减少平行走线时的串扰，必要时可增加印制线条间的距离，或在线条间有意识地安插一些地线（或电源线）作为隔离措施。（6）印制电路板设计中要特别注意电流流过电路中的导线环路尺寸。因为这些环路就相当于是正在工作中的小天线，随时随地向空间辐射骚扰，或接收干扰。布线中尤其要注意时钟部分的布线，因为这是整个系统中工作频率最高的部分。（7）如有可能，在控制线进入印制板后，在入口处加RC去耦电路，以便消除长线传输过程中可能出现的干扰因素。（8）印制板上的线宽不要突变，导线不要突然拐角。（9）在选用逻辑集成电路时，凡能不用高速电路的就不要用高速电路。（10）在每个逻辑集成电路的电源和地之间都要加去耦电容，以免逻辑电路工作时在公共电源与地线上产生开关噪声。电容器要选择高频特性好的，如独石电容等，典型值为10nF100nF。（11）要注意长线传输过程中的波形畸变，必要时要采取阻抗匹配措施。方法有两种（以TTL电路为例）：始端匹配：在IC电路输出端串联150电阻后再带长线；终端匹配：在被驱动电路接一个由300和390构成的“分压”电路（“分压点”接长线与IC电路输入的公共端）。（12）对于传输线达到5m或更长的情况，应采用专门的差动驱动方式。利用差动线路固有的抗共模干扰能力，提高设备的抗干扰能力。（13）对于有操作按钮与电子线路配合的问题，常因按钮触点的颤动造成设备的误动作。处理方案之一：在整形电路后面设置一级单稳态电路，利用单稳态电路的延时作用躲过触点的颤动时间，保证线路可靠工作。方案之二：也是一个更为可靠的方案，采用RS触发器作缓冲，它可以万无一失地避免按钮操作中所引起的误动作（见图3.1），而且可以有一互补的逻辑信号输出。2 http:/www.cediy.com/bbs/index.asp?boardid=10开关电源设计中的电磁兼容问题随着微电子技术的迅速发展，设备的小型化和数字化成为技术发展的主流，导致人们对电源部分小型化的呼声日高，所以http:/www.cediy.com/bbs/index.asp?boardid=10开关电源的出现和应用是顺理成章的事情。但http:/www.cediy.com/bbs/index.asp?boardid=10开关电源固有的高频辐射及传导的电磁骚扰发射已成为人们所关注的热点。2.1 http:/www.cediy.com/bbs/index.asp?boardid=10开关电源对电网的传导骚扰与抑制图3.2是http:/www.cediy.com/bbs/index.asp?boardid=10开关电源的主要部分。首先，整流电路的非线性给交流市电电网产生不利影响。其次，http:/www.cediy.com/bbs/index.asp?boardid=10开关电源初级电路中的功率晶体管外壳与散热器之间存在的容性耦合会在电源输入端产生传导的共模噪声。该共模噪声的传播途径始于有高dv/dt的功率晶体管外壳，经过该晶体管外壳与散热器之间的寄生电容耦合（晶体管外壳通常不和散热器直接接触，而用绝缘薄膜垫起，故在晶体管外壳与散热器之间形成一寄生电容），再经过接电源外壳的散热器和安全接地线返回电网。对经过整流的初级电路来说，直流电压为300V；而对MOS功率晶体管来说，开关波形的上升和下降时间达到100ns并不困难。因此，开关波形的电压变化率实际上要达到300V/100nS或3kV/1S。另外，MOS功率晶体管与散热器之间的分布电容大约在50pF左右，故由电压变化引起的瞬变电流要达到 I=C(dv/dt)=501012(3000/106)=150mA抑制传导噪声的途径有：（1）在交流电源的输入回路加电源滤波器。滤波器对高频能量的传递呈现高阻抗，而对市电输入呈低阻抗。因此，滤波器不但封锁了共模噪声的传播途径，而且也衰减了输入回路中的差模噪声。（2）如果要求机壳不通过上述瞬变电流时，可在晶体管外壳和散热器之间安装带有屏蔽层的绝缘垫片，并把屏蔽层接到开关电路低端，这样由dv/dt所引起的容性电流将进入开关电路，而不是机壳或安全地。（3）晶体管的高速开通与关断时间虽使http:/www.cediy.com/bbs/index.asp?boardid=10开关电源有更高的效率，但也带来了在高频辐射和传导发射方面的危害，为此需要对晶体管的电压波形进行“整修”，图3.3给出了几种常见的电路形式。在图3.3（a）中，电容的存在限制了晶体管截止瞬间的电压增长率。在图3.3（b）中，晶体管截止瞬间，在变压器初级线圈上所感生的电压将使二极管导通，线圈中贮存的能量将通过二极管、电阻回路释放，避免了原本要出现在晶体管两端的电压尖峰。图3.3（c)则是另一种常用的变压器能量释放电路，在晶体管截止瞬间通过二极管将能量返回到初级直流高压电源。2.2 http:/www.cediy.com/bbs/index.asp?boardid=10开关电源的辐射骚扰与抑制（1）http:/www.cediy.com/bbs/index.asp?boardid=10开关电源的辐射骚扰与电流通路中的电流大小、通路的环路面积、以及电流频率的平方等三者的乘积成正比，即辐射骚扰EIAf2。运用这一关系的前提是通路尺寸远小于频率的波长。关系式表明减小通路面积是减少辐射骚扰的关键，这就是说http:/www.cediy.com/bbs/index.asp?boardid=10开关电源的元器件要彼此紧密排列。在初级回路中，要求输入端电容、晶体管和变压器彼此靠近，且布线紧凑。次级回路中，要求二极管、变压器和输出端电容彼此贴近。在印制板上，将正负载流导线分别布在印刷板的两面，并设法使两个载流导体彼此间保持平行，因为平行紧靠的正负载流导体所产生的外部磁场是趋向于相互抵消的。（2）次级回路中，在晶体管截止瞬间二极管的反向恢复过程使得出现短暂的反向电流。二极管的这一过程用于消除少数载流子，并建立反向偏压。对快恢复二极管因有很高的di/dt，而产生辐射骚扰。为控制这种骚扰，可在变压器输出端到整流二极管的连线上套磁珠，并在二极管两端跨接聚酯薄膜电容器，或使用软恢复二极管。（3）对晶体管开通关断时的波形“整修”，也抑制了di/dt，对辐射噪声的减少也有好处。2.3 输出噪声的减小次级回路中整流二极管在反向恢复过程中，流过二极管的电流发生剧烈变化，它在有接线电感的回路中将感生出电动势。另由于二极管具有结电容，所以在整个次级回路中要产生高频衰减振荡。但http:/www.cediy.com/bbs/index.asp?boardid=10开关电源输出端的滤波电容中等效的串联电感削弱了电容本身的高频旁路作用。于是在http:/www.cediy.com/bbs/index.asp?boardid=10开关电源的输出端会出现频率很高的尖峰干扰。接线电感越大，二极管的反向电流变化率越大，出现尖峰也越大。为克服输出电压中的尖峰，可增加第二级滤波。在图3.4中的电感只需很小的电感值就足够了（一般只需在磁芯上绕几圈），电容C2则是低电感的小电容。3 设备内部的布线在设备内部，布线不当，特别是线束捆扎与线束间的相互距离是造成干扰的首要原因。3.1 布线间的电磁耦合及抑制方法布线间的电磁耦合不外是通过磁场（互感）或电场（静电容）进行的，对磁场耦合可采取的抑制办法有：（1）减小干扰源和敏感电路的环路面积，最好是使用双绞线和屏蔽线，以便使信号线与接地线、载流回线之间的距离为最近。（2）增大线间距离，使干扰源与受感应线路间的互感尽可能地小。（3）最好使干扰源与受感应线路呈直角（或接近直角）布线，以便大大降低线路间耦合。对电场耦合，可采取的办法有：（1）增大线间距离，使电容耦合为最小。（2）采用静电屏蔽层，屏蔽层要接地。（3）降低敏感线路的输入阻抗，如对CMOS电路可在入口端对地并联一个电容或阻值较低的电阻，从而降低因静电容引入的干扰。（4）如有可能，敏感线路可采用差动线路作输入，利用差动线路固有的共模抑制能力，可克服干扰源对敏感线路的干扰。3.2 布线的一般方法布线间的干扰虽然是通过磁场和电场耦合进行的，但制约的主要因素却是电流、电压和频率等。所以避免布线间干扰的较好办法是事前将线路按功率、频率来分类，以每30dB的功率电平分成若干组，不同分类的导线要分开捆扎，相邻类的导线在采用屏蔽或扭绞之后也可归在一起，分类敷设的线束间距为50mm75mm。表3.1为按功率电平的分类布线法。分级功率范围（dBm）主要导线类别ABCDEF401040-2010-50-20-80-50-80高功率直流、交流和射频线（电磁骚扰源）低功率直流、交流和射频线（电磁骚扰源）脉冲和数字源、视频输出电路（音频视频源）音频和传感器敏感电路、视频输入电路（视频敏感电路）射频、中频输出电路、安全保护电路（射频敏感电路）天线和射频电路4 常用电缆和屏蔽层的接地问题为了使线路间的耦合减至最小，除了要使电缆线的长度为最短，系统工作频率尽可能低，电缆线通过电流尽可能小外，还可以通过合理使用各种电缆来达到较好效果。4.1 常用电缆常用电缆有三种，即同轴电缆、双绞线和扁平带状线。（1）双绞线双绞线在较低频率（如100kHz以下)使用有效，特别是它的价格低廉，非常受欢迎。高频下，因阻抗不均匀造成波形反射等问题，使应用受到限制。双绞线有屏蔽和非屏蔽两种。非屏蔽的双绞线尽管抵御静电容耦合的能力弱些，但对防止磁场感应依然有效。除了非屏蔽双绞线的屏蔽效果与单位长度内的扭绞次数成正比外，双绞线的特性阻抗也与单位长度内的扭绞次数有关。通常每cm扭绞2次的双绞线的特性阻抗大约有120左右（扭绞紧的，阻抗低些；反之亦反）。（2）同轴电缆大多数的屏蔽电缆都是用金属编织层来屏蔽的，特点是柔软和耐用。同轴电缆因其具有较均匀的特性阻抗和较低的损耗，使它从直流到甚高频都有较好性能。（3）带状电缆无屏蔽的带状电缆是供电子计算机、仪器仪表和其他电控设备作连接信号用的，特点是成本低、使用方便。带状电缆在使用中遇到的主要问题是信号与地线的分配。只有一根地线的分配方式，可使用线数最少，但信号和接地回线之间形成的大环面积，会产生辐射发射和敏感度方面的问题。另外，在公共阻抗上的耦合和导线间的串扰上也存在问题。最好的接线方式是让信号和地线相间排列（即一根信号配一根地线），这样每根信号都有一个单独的接地回路，公共阻抗的耦合不