高速电路的电磁兼容分析与设计

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摘要:设计的线路板首要任务是能够正常工作,但如今PCB板的层数越来越高,厚度越来越薄,线宽、线间距等越来越小,出现电磁干扰等影响印制板的质量的因素层出不穷。基于此主要探讨电磁兼容产生的因素、电磁兼容产生的要素并对相应的解决问题的方法进行详细分析与探讨。
关键词:电磁兼容;高速电路;电磁干扰

0 引言
    电磁兼容性是指电气和电子系统及设备在特定的电磁环境中,在规定的安全界限内以设定的等级运行时,不会由于外界的电磁干扰而引起损坏或导致性能恶化到不可挽救的程度,同时它们本身产生的电磁辐射不大于检定的极限电平,不影响其他电子设备或系统的正常运行,以达到设备与设备、系统与系统之间互不干扰、共同可靠地工作的目的。

1 电磁兼容产生的因素
    (1)电阻的频率特性。在数字电路中,电阻的主要作用在于限流和确定固定电平,在高频电路中,存在于电阻两端的高频寄生电容会对正常的电路特性造成破坏。同样电阻的引脚电感对电路的EMC影响很大。

   (2)电容的频率特性。电容器一般应用在电源总线,它提供去耦合、旁路和维持固定的直流电压和电流的作用。但是在高频电路中,当电路的工作频率超过了电容的自谐振频率时,其寄生电感将使电容表现为电感特性,从而失去原有的功能并影响电路的工作性能。

    (3)电感的频率特性。电感器是用来控制PCB内的EMI。当电路的工作频率增加时,电感的等效阻抗会随着频率的增加而增大,当电路的工作频率超过电感的工作频率上限时,电感将会影响电路的正常工作。

    (4)导线的频率特性。PCB上的走线和元器件的引脚导线都有寄生电感和电容,这些寄生电感和电容会影响到导线的频率特性,从而有可能在元器件和导线之间产生谐振,致使导线成为电磁干扰的重要发射天线。通常,导线在低频段表现为电阻特性,在高频段则表现为电感特性,因此在PCB上,导线的长度一般要求小于工作频率波长的二十分之一,以避免导线成为电磁干扰的发射源。

    (5)静电。静电放电问题已经成为电子产品的一大公害,可能给产品带来永久性的损坏,因此在产品设计中,必须采取相应的静电防护措施。常用的防静电措施包括选择具有防静电材料,采用电气隔离措施,提高产品的绝缘强度以及设置良好的静电屏蔽层和泄放通道等。

    (6)电源。随着高频开关电源的广泛应用和电力系统负荷的不断增加,电源对产品的干扰问题逐渐成为影响产品EMC特性的一个重要因素。因此,一些易受干扰的敏感设备已经不直接采用交流供电而改用直流供电,这样虽然增加了系统的复杂性和成本,但是有效提高了系统工作的稳定性。

    (7)雷电。雷电实质上是一种正负电荷中和的强静电放电过程,由此产生的强电磁脉冲导致各种电子设备受损的主要原因。雷电对电子设备的影响包括直击雷和感应雷两种,现在各种室内使用的电子设备,一般不容易遭受直击雷的影响,但是依然容易受到感应雷的损害。为了确保电子设备的安全运行,必须对电子设备进行防雷击保护。常用的防雷措施包括设置避雷针、安装避雷器和避雷线等。